生物化学钻探所高效循环肉瘤细胞捕获的石墨烯

作者:生命科学

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循环肿瘤细胞捕获的石墨烯芯片研究 图片 3 a)所制备的用于临床实验的检测套盒;b)癌细胞在全血实验中的检测结果;c)临床检测中的白细胞背景数据;d)检测片上捕获的循环肿瘤细胞扫描电镜图;e)用于临床检测癌细胞与白细胞的荧光标准图。

循环肿瘤细胞,作为一种重要的癌症诊断标记物,是从肿瘤原发病灶脱落,进入血管中,传播到人体其他组织器官引起肿瘤扩散的细胞。研究发现,循环肿瘤细胞在血液转移是目前肿瘤扩散的最重要途径之一,与癌症的高死亡率息息相关。然而,循环肿瘤细胞在血液中的含量非常稀少(1亿个血细胞中有1-5个),很难通过常规方法将循环肿瘤细胞从血液中分离出来并加以检测。因此,如何实现对循环肿瘤细胞的高效捕获与特异性分离,对于癌症的早期诊断与术后监测具有非常重要的意义。传统的循环肿瘤细胞的分离方法主要通过修饰特异性识别分子,并进一步调节材料表面纳米结构等因素,期望达到与循环肿瘤细胞进行分子识别和纳米尺寸相匹配的效果。然而,目前的分离效率和纯度都无法满足临床应用的标准。

华盛顿哥伦比亚特区,2019年6月18日 - 根据美国癌症协会的数据,癌症几乎每个人都会以这种或那种方式接触到,而且令人遗憾的是,它将在2019年在美国再次夺去60万人的生命。来自圣地亚哥州立大学,TumorGen MDx Inc.和Sanford Burnham Prebys医学发现研究所的研究人员开始探索一个看似基本的问题:杀死癌症的原因是什么?

发现在血液中循环的微量疾病的困难已被证明是在癌症的检测和治疗中的绊脚石,其以轻微的症状进行悄悄进展。通过一种新型电化学生物传感装置识别这些生物标记物发出的微小信号,一对新泽西理工学院的发明者希望弥合这一差距。

循环肿瘤细胞,作为一种重要的癌症诊断标记物,是从肿瘤原发病灶脱落,进入血管中,传播到人体其他组织器官引起肿瘤扩散的细胞。研究发现,循环肿瘤细胞在血液转移是目前肿瘤扩散的最重要途径之一,与癌症的高死亡率息息相关。然而,循环肿瘤细胞在血液中的含量非常稀少,很难通过常规方法将循环肿瘤细胞从血液中分离出来并加以检测。因此,如何实现对循环肿瘤细胞的高效捕获与特异性分离,对于癌症的早期诊断与术后监测具有非常重要的意义。传统的循环肿瘤细胞的分离方法主要通过修饰特异性识别分子,并进一步调节材料表面纳米结构等因素,期望达到与循环肿瘤细胞进行分子识别和纳米尺寸相匹配的效果。然而,目前的分离效率和纯度都无法满足临床应用的标准。

近期,中国科学院理化技术研究所仿生智能界面科学实验室通过在分子识别和拓扑相互作用的基础上,设计具有多重匹配功能的生物界面材料,最终实现了对循环肿瘤细胞超高灵敏和高特异性检测。该研究阐述了多重匹配的界面特性,利用还原氧化石墨烯基底的表面修饰的抗体、粗糙结构和低硬度等特性,可以实现对循环肿瘤细胞超灵敏和特异性的捕获。更为重要的是,基底的超亲水性和负电性使其具有极低的非特异性粘附。利用化学氧化法将石墨进行氧化,通用真空过滤和加热还原的方法制备出具有粗糙结构的还原氧化石墨烯薄膜。该研究利用抗体修饰的还原氧化石墨烯基底与循环肿瘤细胞间的多重匹配作用,可以达到非常高的特异性识别捕获,同时具有极低的背景——每2平方厘米的芯片上仅有一百个左右的白细胞。这种方法已成功应用于临床,是一种简单方便且高灵敏的检测早期癌症的方法,对于癌症早期的诊断与研究具有非常重大的意义。

答案是,当肿瘤扩散到其他重要器官时,大约90%的癌症死亡是由于转移引起的。癌症如何转移?经过对科学文献的详尽搜索,研究人员意识到,它不是单个细胞,而是不同的癌细胞簇,它们循环并转移到其他器官。

他们在疾病检测方面的工作说明了电子传感的力量 - 以及工程师在医学研究中日益重要的作用。

近期,中国科学院理化技术研究所仿生智能界面科学实验室通过在分子识别和拓扑相互作用的基础上,设计具有多重匹配功能的生物界面材料,最终实现了对循环肿瘤细胞超高灵敏和高特异性检测。该研究阐述了多重匹配的界面特性,利用还原氧化石墨烯基底的表面修饰的抗体、粗糙结构和低硬度等特性,可以实现对循环肿瘤细胞超灵敏和特异性的捕获。更为重要的是,基底的超亲水性和负电性使其具有极低的非特异性粘附。利用化学氧化法将石墨进行氧化,通用真空过滤和加热还原的方法制备出具有粗糙结构的还原氧化石墨烯薄膜。该研究利用抗体修饰的还原氧化石墨烯基底与循环肿瘤细胞间的多重匹配作用,可以达到非常高的特异性识别捕获,同时具有极低的背景——在制备的每2平方厘米的还原氧化石墨烯基底上只能找到一个白细胞。这种方法已成功应用于临床,是一种简单方便且高灵敏的检测早期癌症的方法,对于癌症早期的诊断与研究具有非常重大的意义。

相关研究结果发表在国际材料期刊《先进材料》(Advanced Materials)。随后国际科学媒体Nanowerk和X-MOL分别以Reduced graphene oxide platform shows extreme sensitivity to circulating tumor cells和《抗体修饰的还原氧化石墨烯薄膜用于循环肿瘤细胞高灵敏性的检测》为题对该研究进行了报道。

正如该小组在AIP Advances报告的那样,这引起了他们的质疑 - 如果这些细胞群是癌症的根本原因,为什么没有更多的研究致力于更好地了解循环癌细胞群?

理想情况下,会有一个简单,便宜的测试 - 在没有特定症状的情况下定期就诊时进行 - 以筛查一些更沉默,致命的癌症,最近获得博士学位的Bharath Babu Nunna说。 。与机械工程助理教授Eon Soo Lee一起工作的毕业生开发了一种纳米技术增强型生物芯片,用于通过针刺血液测试在发病早期检测癌症,疟疾和病毒性疾病,如肺炎。

相关研究结果发表在国际材料期刊《先进材料》。随后国际科学媒体Nanowerk和X-MOL分别以Reducedgrapheneoxideplatformshowsextremesensitivitytocirculatingtumorcells和《抗体修饰的还原氧化石墨烯薄膜用于循环肿瘤细胞高灵敏性的检测》为题对该研究进行了报道。

相关研究工作得到科技部国家重点基础研究计划、国家自然科学基金项目、国家自然科学基金重大项目、国家高技术研究发展计划的大力支持。

这种极少研究活动的原因是从病人的血液样本中捕获这些极为罕见的转移性癌细胞簇的巨大困难,桑福德伯纳姆医学发现研究所的作者之一和研究助理教授Peter Teriete说。但我们意识到,如果我们要了解癌症转移的复杂过程,我们需要开发一种工具来轻松找到这些簇。

他们的设备包括一个微流体通道,通过该通道,少量抽取的血液流过覆盖有生物制剂的传感平台,生物制剂与血液,泪液和尿液等体液中的目标生物标志物结合,从而触发电子纳米电路,发出信号。存在。

相关研究工作得到科技部国家重点基础研究计划、国家自然科学基金项目、国家自然科学基金重大项目、国家高技术研究发展计划的大力支持。

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