科学网：中国科学家构建筛查新法，一滴血让癌症无处遁形
景杰生物/报道
编者按：癌症的发生总是“悄无声息”，当真正被医生确诊时，也许患者早已病入膏肓。如果简单验个血就能解密癌症的“个性特点”，早日将癌症扼杀在萌芽之中，那该有多好！
日前，中科院国家纳米中心孙佳姝团队构建了一套高“性价比”的癌症筛查方法：只需1微升血清（通常采血管采血量的1/5000），通过对其中细胞外囊泡的检测，就可在20分钟内对6种癌症进行早期筛查，同时也能较为准确地对癌症进行分类。
相关研究成果“Low-cost thermophoretic profiling of extracellular-vesicle surface proteins for the early detection and classification of cancers”于2019年1月21日在线发表在Nature Biomedical Engineering杂志。
近年来，研究发现血液及其他体液中含有癌症来源的物质，可以实现疾病的分子鉴定，有助于早期诊断、准确预测、个性化治疗以及疾病监测，这些物质主要包括循环肿瘤细胞（CTCs），肿瘤细胞外囊泡（EVs），循环肿瘤DNA（ctDNA）等。
这种检测方法被称为肿瘤液体活检技术。不仅可以用于某些类型实体肿瘤的早期诊断，而且能够监测肿瘤复发，评估疗效，具有标本易获得、创伤性小、非侵入性、可反复采集等优势。
作为液体活检标志物中的“后起之秀”，“肿瘤细胞外囊泡”是肿瘤细胞分泌到胞外环境的具有膜结构的囊泡，直径在30-1000 nm之间。
“癌细胞与正常细胞所分泌的EV呈现出不同膜蛋白特征，而这些特征差异就可以用于癌症的筛查与诊断。”孙佳姝表示，相较于循环肿瘤细胞和循环肿瘤DNA来说，肿瘤细胞外囊泡有着很大的优势，比如在血液中的含量丰富，其分析不需要采集大量血液。此外由于膜结构的保护，外泌体膜蛋白在长期冷存的血液中依然能够被分离和检测出来。
然而，理想很丰满，现实很骨感。将EV分析检测广泛应用于临床并不容易。过去的临床应用中，操作者需要长时间的超速离心从血液中提取EV，不仅如此，还容易受到共沉淀的杂蛋白影响。而后续膜蛋白分析手段，如酶联免疫吸附实验、蛋白免疫印迹和质谱等，过程复杂繁琐，成本高耗时长，且需要专业技术人员操作。
“如何在高背景血清或血浆样本中分离提取尺寸较小的EVs，如何提高EVs检测方法的灵敏度，是现有EVs肿瘤液体活检技术面临的重大挑战。”孙佳姝说，现在迫切需要一种更加简单、快速、廉价的EV分析检测手段。
孙佳姝课题组经过近十年的技术积累，利用微流控热泳富集及核酸适体识别技术，成功实现了从技术平台向癌症筛查的成功转型。
研究人员首先利用荧光标记的核酸适体特异性识别EVs表面肿瘤相关膜蛋白，也就是在肿瘤细胞上打上“烙印”；接着，研究人员使用了“热泳”技术，通过激光照射微流控芯片后，产生温度梯度，诱导30-1000 nm的EVs快速汇聚至芯片中央，可富集1400倍，而游离的核酸适体或蛋白仍保持分散状态。EVs汇聚后，随后使用荧光显微镜读取结合在EVs上的核酸适体信号，从而获得EVs膜蛋白组学信息。最后结合机器学习算法，将EV膜蛋白组学信息用于6种癌症的早期自动分型检测、前列腺肿瘤液体活检及前列腺癌的复发监控(点击文末阅读原文，可查看文献详情)。
图：基于肿瘤细胞外囊泡膜蛋白检测的肿瘤液体活检
最后，研究人员取60份癌症患者与10份健康对照的血清样本，对每份样本进行7种抗原体多靶标检测，用检测结果训练机器学习算法，发现灵敏度与特异性都接近100%。
“利用极少量样本实现早期癌症灵敏度高检测（I期95%），并首次通过EVs进行癌症分类。”孙佳姝表示，不久的将来，这有望成为体检或医院常规的癌症筛查手段，医生只需要取出某种体液（例如血液），并对其中的EVs进行分析即可，以对患者造成更小创伤的方式，对疾病做出诊断。
参考文献：
Chao Liu , et al., 2019, Low-cost thermophoretic profiling of extracellular-vesicle surface proteins for the early detection and classification of cancers. Nature Biomedical Engineering.
本文图文来自科学网及国家纳米中心官方网站，由景杰生物学术团队编辑，欢迎转发到朋友圈。如有转载、投稿、等其他合作需求，请添加微信ptm-market咨询。
RECOMMEND
推荐阅读
2019春季季刊：新年伊始，我们做了两本季刊，打算Make Some Changes
专家专栏：专家专栏 | 秦钧:透过水晶球看2019年的蛋白组学
临床蛋白组学：回顾 | 2018年临床蛋白质组学亮点研究（上）、（下）
疾病机理：Cancer Cell：多维组学整合分析，揭示早期胃癌的分子特征
分子分型：我国学者利用蛋白质组学对胃癌进行分子分型并揭示潜在治疗靶点
外泌体标记物：蛋白质组学分析胃肠道间质瘤外泌体，开发疾病诊断生物标志物
外泌体蛋白组学：多篇文章解读外泌体蛋白质组学的重要研究成果
外泌体临床医学：外泌体相关医学研究统计——蛋白质组学篇
精准医学与蛋白组学
海量文献解读
行业前沿报导
关注/投稿
随时享受科技服务