纳米传感器在过去的几年里取得了长足的进步。在传感机制中使用具有活性表面的先进材料可能产生的高灵敏度意味着纳米传感器已经成为纳米材料最广泛的研究应用领域之一。
尽管有些纳米材料在体内使用可能不具有生物相容性，但许多以有机为基础和有机配体功能化的纳米材料具有生物相容性。这使得纳米传感器可以在人体内使用。来自麻省理工学院(MIT)的研究人员最近发明了一种用于检测肺癌的非侵入性纳米传感器。
肺癌
肺癌是全世界的一个巨大杀手，它可以由很多因素引起，主要是生活方式的选择，比如吸烟，但是环境因素，比如糟糕的空气质量也会导致人们患上肺癌。每个国家的不同因素往往取决于每个国家的生活方式和空气质量，而这又往往决定了当地人口的发展速度。
例如，在美国，肺癌是癌症相关死亡的最常见原因，为25.3%，5年生存率仅为18.6%，每年的死亡率约为15万。然而，如果癌症在早期被发现，5年生存率比处于晚期(即在癌症从中心原发肿瘤扩散之前)的患者提高了6- 13倍。
目前对肺癌的早期检测
在美国，许多早期检测测试依赖于低剂量的计算机断层扫描(LDCT)，并被用作被认为是高风险的人，如吸烟者的常规程序。然而，尽管它被广泛使用，它的准确性却受到了批评，因为它往往通过在肺中发现良性结节而产生假阳性结果。
这导致不必要地花费额外的时间、精力和金钱来跟踪错误的结果和进行活组织检查。这就是为什么这种方法在美国以外的任何地方都没有使用的原因之一。来自麻省理工学院的研究人员认为，有必要在美国开发更精确的测试能力。
纳米粒子的发展
由Sangeeta Bhatia领导的来自麻省理工学院的研究人员，已经在他们的实验室中开发出可以与蛋白酶相互作用的纳米颗粒。蛋白酶是一种通过破坏肽键来分裂蛋白质的酶，使蛋白质分解成更小的多肽链和氨基酸。在肺肿瘤中，这些酶可以通过切断细胞外基质的蛋白质，帮助肿瘤细胞从原发肿瘤中分离出来。这意味着它们可以转移到其他地方并形成继发性肿瘤，从而使治疗病人变得更加困难。
Bhatia实验室制造的纳米颗粒被肽配体包裹，这样它们就能与蛋白酶相互作用，而且由于纳米颗粒在肿瘤周围聚集，它们被肺癌肿瘤周围的蛋白酶所靶向。Bhatia实验室已经在其他传感器上部署了这些纳米颗粒，用于检测卵巢癌和结肠癌。
麻省理工学院开发的新型纳米传感器
在成功地将纳米颗粒应用于卵巢癌和结肠癌传感器之后，研究小组希望将其用于肺癌的检测。更具体地说，他们希望在CT呈阳性结果后，将假阳性结果与实际阳性结果分开，而不需要进行活组织检查，以此作为确认病人是否确实患有癌症的工具。为了使其适用于肺癌，研究人员必须识别出肺肿瘤周围存在哪些蛋白酶，这导致他们创造出14个与这些蛋白酶有亲和力的肽包被纳米颗粒。
纳米颗粒传感器被放入两个不同的基因小鼠模型中——一个由Kras/Trp53 (KP)突变驱动，另一个由Eml4-Alk (EA)融合驱动，从而自发发展为肺癌。为了测试传感器的有效性，研究人员在肿瘤开始生长后的5周、7.5周和10.5周进行了诊断测试。实验是通过将纳米颗粒直接注射到小鼠的气道中进行的。当纳米颗粒到达肿瘤位点时，蛋白酶与纳米颗粒表面特异性设计的肽配体相互作用并裂解，可以在受试者的尿液中发现并分析相关的生物标志物。
采用机器学习算法，保证数据分析更加准确，能够有效区分肿瘤小鼠和非肿瘤小鼠的数据差异。实验结果表明，该传感器在小鼠肿瘤平均仅为2.8 mm3的情况下，分别在5周和7.5周后检测到小鼠肿瘤的存在。
这项测试的一个显著特征是，它可以用来区分肺中的癌性肿瘤和非癌性炎症(在吸烟者中很常见)，这是传统CT扫描测试所缺乏的。
这消除了不必要的活组织检查的必要性，并提供了一种更可靠的方法，在癌症扩散之前及早发现它，从而有可能挽救更多的生命。由于小鼠模型可以产生与人体试验不同的结果，因此还需要进行更多的试验，但最初的结果是阳性的，人们认为这些纳米传感器还可以用来观察肺部肿瘤对药物或免疫治疗的反应。
