通過分析尿液外泌體中的微RNA的集合，可望實現早期癌症的鑑別。該技術由東京科學大學生命理工學院的安井隆雄教授的研究團隊、名古屋大學未來社會創造機構的夏目敦至特任教授、東京大學研究生院工學系研究科的柳田剛教授、北海道大學電子科學研究所的長島一樹教授、關西大學商學部的鷲尾隆教授、Craif的市川裕樹CTO、東京醫科大學醫學綜合研究所的落谷孝廣特任教授、大阪大學產業科學研究所的川合知二特邀教授以及QST量子生命科學研究所的馬場嘉信教授聯合開發。該技術能以98.2%的靈敏度、96.5%的獨特性區分癌症患者，還能以0.987的AUROC識別早期癌症患者。該研究成果已發表在《Analytical Chemistry》的線上版上。
圖1.通過分析尿液外泌體的微RNA進行早期癌症檢測的示意圖（供圖：東京科學大學）
外泌體特指由細胞釋放的、直徑在40～200奈米左右的微粒子，在體內發揮著細胞間通信信號分子的作用。微RNA是外泌體攜帶的資訊，癌細胞釋放的外泌體中的微RNA被認為是體內癌症的相關標誌。
研究團隊以無創早期癌症檢測為目的，開展了尿液microRNA分析和機器學習分析，構建了尿液微RNA集合。
血液中循環的許多微RNA都被包裹在被稱為體液信號分子的外泌體中。考慮到外泌體在血液中移動的時間和血液循環所需的時間，研究團隊認為在1次的血液循環中，並非血液中的所有外泌體都被用於細胞間通信，未使用的外泌體會被腎臟非選擇性地過濾掉。
基於這一認為，研究團隊認為尿液中應該會含有癌細胞外泌體。
為了構建尿液微RNA集合，需要增加檢測到的微RNA類型的數量。據報告，血液中有2000多種微RNA，但尿液中的微RNA種類較少，這阻礙了集合的構建。
研究團隊認為，尿液中檢測到的微RNA類型數量較少的原因是無法全面擷取，為解決該問題他們利用了奈米線，發現尿液中的微RNA類型數量與血液中的相當。迄今為止，他們已經成功地通過單晶氧化鋅奈米線的庫侖力和氫鍵作用擷取了外泌體，並通過對尿液外泌體的微RNA分析成功地在1毫升尿液中發現了1300多種微RNA。
此次，研究團隊製作了氧化鋅奈米線，並分析了200份尿液樣本（100份非癌症樣本和100份癌症樣本），確認人類物種尿液中的微RNA類型的數量。結果表明，尿液中的微RNA含有量與個人生活方式（吸菸、飲酒等）有關，並在不同的對象人群中將這些微RNA細分為1300種不同的類型。
由於發現尿液中微RNA類型的數量與血液中微RNA類型的數量相當，因此利用從癌症患者和非癌症患者中提取和分析的尿液微RNA數據，對200名患者的尿液微RNA數據進行了機器學習分析後，便構建出了可區分癌症和非癌症患者的尿液微RNA集合。
利用所構建的集合發現，未用於構建的癌症患者和非癌症患者尿液中的微RNA可被識別為接近癌症或非癌症患者尿液中的微RNA模式（靈敏度為98.2%，獨特性為96.5%）。此外，通過對癌症患者尿液中的微RNA進行機器學習分析而構建的尿液微RNA集合可用於識別早期癌症患者（I期），AUROC為0.987。
此次研究發現，該技術不僅可以識別肺癌、腦瘤和非癌症，還有望進一步識別肺癌、直腸癌、子宮內膜癌、腎癌、白血病、淋巴瘤、胰腺癌、前列腺癌、胃癌、尿道癌和脾臟癌等11種癌症。研究團隊希望除了擴大癌症類型外，還希望通過比較癌症產生前後的微RNA集合等，推進早期癌症檢測的技術開發。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Analytical Chemistry
論文：Early Cancer Detection via Multi-microRNA Profiling of Urinary Exosomes Captured by Nanowires
DOI：10.1021/acs.analchem.4c02488
