Nature子刊:液体活检难实现?纳米金颗粒来助力

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Nature子刊:液体活检难实现?纳米金颗粒来助力
麻省理工科技评论 2019-01-06

2019-01-06

近日来自澳大利亚生物工程及纳米技术研究所Matt Trau教授率领的研究团队,开发出一种全新的纳米金颗粒,助力目前的“滴血验癌”,该研究发表于 Nature Communications 杂志。
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近日来自澳大利亚生物工程及纳米技术研究所Matt Trau教授率领的研究团队,开发出一种全新的纳米金颗粒,助力目前的“滴血验癌”,该研究发表于 Nature Communications 杂志。

随着肿瘤患病人数的逐年增多,如何尽早对病人做出准确的诊断成为基础医学研究者和临床医生的头等大事,这是因为一般情况下,肿瘤组织一旦出现远处转移,患者便失去了手术治疗的机会,而失去手术治疗机会对于患者而言,只能通过后期的放射治疗和化学治疗来遏制肿瘤的进展,为此,研究者不断研发出肿瘤早期诊断的技术,而液体活检几年来成为该领域研究的重中之重。通过血液中微量的肿瘤标记物探测肿瘤情况十分困难,而近日来自澳大利亚生物工程及纳米技术研究所Matt Trau教授率领的研究团队,开发出一种全新的纳米金颗粒,助力目前的“滴血验癌”,该研究发表于 Nature Communications 杂志。

滴血验癌的基础:循环肿瘤细胞

图 | 循环肿瘤细胞(来源:bing)

在这里我们首先来认识一下滴血验癌的重要病理生理学基础,即循环肿瘤细胞。肿瘤组织在生长过程中,其中的一些肿瘤细胞会随着血液、淋巴液循环进入到整个体循环当中,因此探测这些游离的肿瘤细胞则可以十分有效的检测到人体究竟是否有肿瘤存在。但是如何将这些循环血液中的肿瘤细胞与其他千千万万个正常细胞区分开来成为摆在各国肿瘤研究者面前的难题。从血液中直接抓取肿瘤细胞十分困难的,因此追寻血液中的肿瘤细胞碎片成为解决这一难题的关键。

目前的研究显示,肿瘤细胞碎片中的DNA或者某些RNA及某些关键蛋白可以作为其肿瘤标记物,但是由于肿瘤细胞与正常的人体细胞具有同源性,很难区分其特异性表达。为此,Matt Trau教授发现,可以借助表观遗传学上的某些变化辅助肿瘤的诊断,而最常见的表观遗传学改变当属DNA的甲基化修饰,而Matt Trau教授的研究发现,肿瘤细胞的DNA甲基化较正常的细胞具有明显的特异性,因此,这些甲基化修饰可以作为探测循环肿瘤细胞的标价物。在明确了捕捉对象后,如何捕捉到这些微小的甲基化改变成为了团队的下一个难题。

图 | 纳米金颗粒助力甲基化基团的捕捉(来源:Epigenetically reprogrammed methylation landscape drives the DNA self-assembly and serves as a universal cancer biomarker)

首先,由于肿瘤细胞存在特异性的甲基化基团,这导致整个循环肿瘤细胞DNA的3D折叠结构与正常细胞的DNA 3D折叠结构存在较为明显的差异性,这一结构差异性导致他们对于金属表面的吸附能力不同,借助这一点研究人员开发了一套全新的纳米金颗粒筛选系统。肿瘤患者的血液流过纳米金颗粒时,由于其DNA特殊的3D折叠结构可被纳米金颗粒制成的金箔所吸附,再测量这些金箔的电化学特性便可探测到肿瘤细胞的DNA。这一过程竟然可将整个滴血验癌过程缩短至10分钟。

图 | 特殊DNA 3D折叠结构与金箔的反应(来源:Epigenetically reprogrammed methylation landscape drives the DNA self-assembly and serves as a universal cancer biomarker)

紧接着,研究者继续改良了这一系统,当肿瘤DNA经过这些纳米金颗粒时,溶液会立即变色,更为直观的反映了肿瘤侵袭的情况。到目前为止,研究团队已经筛查了200多种肿瘤类型,其总体准确率高达90%!

图 | 整个纳米金颗粒探测系统(来源:Epigenetically reprogrammed methylation landscape drives the DNA self-assembly and serves as a universal cancer biomarker)

随着研究的进一步进行,相信会有更为准确且快捷的肿瘤探测装置。在对肿瘤细胞进行更为特异性的分析后,可大大提高这套系统对肿瘤细胞探测的准确性和间接性,其未来的临床应用潜力巨大。

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