近日，中國科學院國家納米科學中心研究員孫佳姝課題組在基于腫瘤細胞外囊泡膜蛋白檢測的腫瘤液體活檢研究中取得新進展。相關研究成果“Low-cost thermophoretic profiling of extracellular-vesicle surface proteins for the early detection and classification of cancers”于1月21日在線發(fā)表在《自然-生物醫(yī)學工程》雜志上。

圖：基于腫瘤細胞外囊泡膜蛋白檢測的腫瘤液體活檢

惡性腫瘤是嚴重威脅人類生命健康的重大疾病之一。“早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療”是目前腫瘤診斷和治療的重要發(fā)展方向和最有效手段。但現(xiàn)有腫瘤診斷方法存在檢測靈敏度低、特異性差、分辨率低、漏檢率高等缺點，無法為癌癥早期診斷及實時療效評估提供有效幫助。近年來快速發(fā)展的腫瘤液體活檢，特指在外周血中檢測從原發(fā)腫瘤細胞脫落進入外周血液循環(huán)的生物標志物，主要包括循環(huán)腫瘤細胞CTC、腫瘤細胞外囊泡EV、循環(huán)腫瘤DNA等。腫瘤液體活檢不僅可以用于某些類型實體腫瘤的早期診斷，而且能夠監(jiān)測腫瘤復發(fā)，評估療效，具有標本易獲得、創(chuàng)傷性小、非侵入性、可反復采集等優(yōu)勢。

作為腫瘤液體活檢標志物的研究熱點，腫瘤細胞外囊泡EV是由腫瘤細胞分泌的具有磷脂雙分子層結(jié)構(gòu)的囊泡狀小體，主要包括外泌體(30-150 nm)和微囊泡(200-1000 nm)。EV通過攜帶母細胞的蛋白、DNA、RNA等生物大分子，直接或間接調(diào)控受體細胞的功能和表型，參與細胞病理生理學過程。腫瘤細胞外囊泡EV在外周血中含量高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可以覆蓋腫瘤異質(zhì)性。然而，如何在高背景血清或血漿樣本中分離提取尺寸較小的EV，如何提高EV檢測方法的靈敏度，是現(xiàn)有EV腫瘤液體活檢面臨的重大挑戰(zhàn)。孫佳姝課題組創(chuàng)新性利用微流控熱泳富集及核酸適體識別技術，無需EV分離提取等操作，在1μL 血清或血漿樣本中實現(xiàn)7種EV膜蛋白的高靈敏、定量、快速、低成本檢測。研究人員首先利用熒光標記的核酸適體特異性識別EV表面腫瘤相關膜蛋白；其次通過激光照射微流控芯片產(chǎn)生溫度梯度誘導的熱泳，使30-1000 nm的EV快速匯聚至芯片中央(富集倍數(shù)1400)，而游離的核酸適體或蛋白仍保持分散狀態(tài)；EV匯聚后，使用熒光顯微鏡讀取結(jié)合在EV上的核酸適體信號，獲得EV膜蛋白組學信息；最后結(jié)合機器學習算法，將EV膜蛋白組學信息用于6種癌癥的早期自動分型檢測、前列腺腫瘤液體活檢及前列腺癌的復發(fā)監(jiān)控。

文章信息：Low-cost thermophoretic profiling of extracellular-vesicle surface proteins for the early detection and classification of cancers, Nat. Biomed. Eng. 2019, DOI: 10.1038/s41551-018-0343-6

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