一張膜快速診斷癌癥的分子分型

循環(huán)腫瘤細(xì)胞是液體活檢的重要臨床標(biāo)志物。有沒(méi)有一雙靈活的大手，可以收放自如，既能牢牢抓住循環(huán)腫瘤細(xì)胞，又可以將它按需釋放?日前，江蘇大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院、新材料研究院研究員劉磊團(tuán)隊(duì)研制出一款多功能仿生柔性膜，可以分類捕獲和選擇分離循環(huán)腫瘤細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)對(duì)癌癥的分子分型診斷。相關(guān)研究成果在《先進(jìn)材料》上在線發(fā)表。>>>商務(wù)洽談，點(diǎn)此處，在線咨詢

值得注意的是，在有限的病人血樣中，劉磊團(tuán)隊(duì)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和術(shù)后免疫組織化學(xué)染色結(jié)果高度一致，檢查準(zhǔn)確率達(dá)到100%。

劉磊團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室中制備多功能仿生柔性膜。課題組供圖

抓住它，早一步發(fā)出預(yù)警

癌細(xì)胞是一種變異細(xì)胞，有著容易轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散的特性，會(huì)經(jīng)由體內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)或淋巴系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到身體其他部分。轉(zhuǎn)移過(guò)程中，循環(huán)腫瘤細(xì)胞會(huì)從腫瘤組織上脫落進(jìn)入血液中，如果能精準(zhǔn)捕獲到循環(huán)腫瘤細(xì)胞，就能比體檢中常規(guī)的腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)更早一步地發(fā)出預(yù)警信號(hào)，發(fā)出提醒人體組織可能有癌變的風(fēng)險(xiǎn)。“循環(huán)腫瘤細(xì)胞非常稀少，僅僅占到正常血細(xì)胞的十億分之一;它也非常狡猾，有著不同的表面標(biāo)記物，這種表型異質(zhì)性意味著它會(huì)‘變裝’，一會(huì)穿上馬甲、一會(huì)帶上圍巾，很難識(shí)別。”劉磊告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，在臨床檢測(cè)中，由于循環(huán)腫瘤細(xì)胞稀有性和表面異質(zhì)性的特性，使得癌癥精準(zhǔn)檢測(cè)面臨極大挑戰(zhàn)。

抓住狡猾的循環(huán)腫瘤細(xì)胞，是檢驗(yàn)和鑒別腫瘤的第一步。目前，國(guó)際市場(chǎng)上已有納米磁珠技術(shù)，利用磁場(chǎng)回收的方式抓取循環(huán)腫瘤細(xì)胞。但是，這一技術(shù)有個(gè)嚴(yán)重的缺陷，循環(huán)腫瘤細(xì)胞被無(wú)數(shù)個(gè)納米磁珠抓到后，細(xì)胞會(huì)吞噬磁珠，很難得到活的腫瘤細(xì)胞，更無(wú)法進(jìn)一步分析里面攜帶著的寶貴的生物學(xué)信息。

他計(jì)劃設(shè)計(jì)個(gè)智能生物界面，明顯區(qū)別于磁珠，將功能性的東西修飾到界面上，“界面就像個(gè)靈敏的偵探，能夠準(zhǔn)確識(shí)別循環(huán)腫瘤細(xì)胞，伸出大手緊緊地抓住他們，同時(shí)又能夠按需釋放，將循環(huán)腫瘤細(xì)胞從界面上脫落下來(lái)，為下游分析提供基礎(chǔ)”。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，受牙釉質(zhì)啟發(fā)

劉磊團(tuán)隊(duì)圍繞智能生物界面材料方向開展研究已有十年時(shí)間，近年來(lái)，從智能生物分子響應(yīng)性體系的開發(fā)到功能性生物界面的構(gòu)建，創(chuàng)建了具有動(dòng)態(tài)生物活性的智能生物界面材料體系，用于循環(huán)腫瘤細(xì)胞的特異性捕獲與分離。“最開始，我們嘗試的是類似于玻璃片的石英片界面，但是石英片又大又脆，無(wú)法裁剪，使用極不方便?！闭撐牡谝蛔髡?、江蘇大學(xué)博士生白蒙起聯(lián)想到在前期研究中，團(tuán)隊(duì)曾做過(guò)一種多功能膜，用于修復(fù)口腔中的牙釉質(zhì)。受仿生牙釉質(zhì)結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中制作界面，一層無(wú)機(jī)物一層蠶絲蛋白，層層疊加變成一張膜。

這種柔性膜結(jié)構(gòu)牢固，集化學(xué)(分子識(shí)別)、物理(微/納米拓?fù)浣Y(jié)構(gòu))與機(jī)械(柔性)作用為一體，此外還性能穩(wěn)定、延展性好，拉伸應(yīng)變可以接近80%、拉伸強(qiáng)度可以達(dá)到十幾個(gè)兆帕。實(shí)驗(yàn)顯示，在靶向肽和牛血清白蛋白的聯(lián)合作用下，柔性膜大大增強(qiáng)了捕獲異質(zhì)循環(huán)腫瘤細(xì)胞的能力，并可通過(guò)先后添加果糖和谷胱甘肽程序化釋放細(xì)胞。與硬基質(zhì)材料相比，柔性膜表現(xiàn)出增強(qiáng)的細(xì)胞增殖和捕獲能力，多靶點(diǎn)的界面與單一靶點(diǎn)的界面設(shè)計(jì)相比，對(duì)溶液中異質(zhì)性腫瘤細(xì)胞捕獲能力提高一倍以上。

“簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是靠分子間作用力把循環(huán)腫瘤細(xì)胞牢牢抓在界面上，后期需要釋放的時(shí)候，又通過(guò)糖、酶、多肽等刺激剪斷這種聯(lián)系，把循環(huán)腫瘤細(xì)胞釋放出來(lái)?！卑酌善鹫f(shuō)。

臨床應(yīng)用，有限樣本準(zhǔn)確率為100%

人上皮生長(zhǎng)因子受體2(HER2)是迄今為止被研究的比較透徹的乳腺癌基因之一。團(tuán)隊(duì)通過(guò)PDA(聚多巴胺)化學(xué)和多重可逆共價(jià)相互作用，將靶向腫瘤細(xì)胞表面生物標(biāo)志物“上皮生物標(biāo)志物”和“人上皮生長(zhǎng)因子受體2(HER2)”的特異性多肽固定在膜表面，以簡(jiǎn)單環(huán)保的方法制備了具有多重動(dòng)態(tài)生物活性表面的TiO2納米管/絲素蛋白柔性膜。該柔性膜可以被任意裁剪定制成所需的片段進(jìn)行應(yīng)用。

這項(xiàng)研究工作也得到了江蘇省人民醫(yī)院、鎮(zhèn)江市第一人民醫(yī)院的支持。在與醫(yī)院的臨床應(yīng)用中，TiO2納米管/絲素蛋白柔性膜可以從未經(jīng)處理的乳腺癌患者血液樣本中，捕獲具有不同表型(HER2+和HER2-)的循環(huán)腫瘤細(xì)胞，以區(qū)別HER2高表達(dá)或低表達(dá)，輔助診斷患者為HER2陽(yáng)性或陰性，為醫(yī)生提供重要術(shù)后監(jiān)測(cè)信息。

并且，在有限的病人血樣中，通過(guò)雙盲實(shí)驗(yàn)，依靠團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出的診斷與依靠病人組織切片的免疫組織化學(xué)染色數(shù)據(jù)做出的診斷結(jié)果高度一致，檢測(cè)準(zhǔn)確率為100%。江蘇省人民醫(yī)院徐建教授評(píng)價(jià)，“這為今后癌癥患者的預(yù)后和癌癥患者的分子分型診斷提供了依據(jù)”。

目前，在劉磊的實(shí)驗(yàn)室中，通過(guò)TiO2納米管/絲素蛋白柔性膜，一滴血的用量、半天時(shí)間，即可給出乳腺癌患者血樣的檢測(cè)結(jié)果，并給出是否為HER2陽(yáng)性的分子分型診斷。劉磊也表示，隨著實(shí)驗(yàn)樣本的增加，團(tuán)隊(duì)將在同樣界面上實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類型的乳腺癌病理分型的全面快速檢測(cè)。

“不僅僅在檢測(cè)方面抓放循環(huán)腫瘤細(xì)胞，同時(shí)可以用特異性的形式把藥物修飾到界面上，在病理微環(huán)境的刺激下，定點(diǎn)釋放藥物，達(dá)到治療的效果。”劉磊期望，通過(guò)和臨床的進(jìn)一步結(jié)合，這種多功能仿生柔性膜可以進(jìn)一步優(yōu)化和拓展實(shí)用性，為患者提供無(wú)損傷、快速便捷的治療方案。(來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào) 溫才妃 吳奕)

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/adma.202309046

柔性復(fù)合膜捕獲異質(zhì)性循環(huán)腫瘤細(xì)胞的作用機(jī)理。課題組供圖

多功能仿生柔性膜實(shí)物圖和用其捕獲癌癥病人血液樣本中循環(huán)腫瘤細(xì)胞的操作過(guò)程的圖示，以及相關(guān)結(jié)果。課題組供圖

來(lái)源：《先進(jìn)材料》      相關(guān)閱讀：

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