研究人員向記者展示多功能仿生柔性膜,。江蘇大學(xué)宣傳部供圖
循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTC）是液體活檢的重要臨床標(biāo)志物，可用于早期癌癥診斷,。但它在人體內(nèi)的數(shù)量非常稀少,，僅占正常血細(xì)胞數(shù)量的十億分之一。想要找到它,，可謂大海撈針,。
近年來，中外科學(xué)家都在想辦法從血液中準(zhǔn)確找到循環(huán)腫瘤細(xì)胞,。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)隊研制出一款多功能仿生柔性膜。這種膜不僅擁有“火眼金睛”和“智慧大腦”,，可以準(zhǔn)確“生擒”循環(huán)腫瘤細(xì)胞,，還具有媲美人體環(huán)境的仿生機制，能將循環(huán)腫瘤細(xì)胞毫發(fā)無損地帶回,，并在實驗室“釋放”出來用作進(jìn)一步檢測,。在目前已開展的乳腺癌患者的血樣檢測中，該膜的檢測數(shù)據(jù)和術(shù)后免疫組織化學(xué)染色結(jié)果高度一致,，準(zhǔn)確率達(dá)到100%,。同時，它可以分類捕獲和選擇性分離循環(huán)腫瘤細(xì)胞,，實現(xiàn)對癌癥的分子分型診斷,。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于國際期刊《先進(jìn)材料》。
捕獲“掉隊”的腫瘤細(xì)胞
眾所周知,，癌細(xì)胞是一種變異細(xì)胞,，有著容易轉(zhuǎn)移和擴散的特性，會經(jīng)由體內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)或淋巴系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到身體其他部位,。在轉(zhuǎn)移過程中,，循環(huán)腫瘤細(xì)胞會從腫瘤組織上脫落進(jìn)入血液。如果能精準(zhǔn)捕獲到循環(huán)腫瘤細(xì)胞,，就可比體檢中常規(guī)的腫瘤標(biāo)志物檢測更早一步獲得預(yù)警信號,，知曉人體組織可能存在癌變風(fēng)險。
“但循環(huán)腫瘤細(xì)胞不僅數(shù)量少,，而且非?！苹Ｋ哂胁煌谋砻鏄?biāo)記物,，會‘變裝’,，一會兒穿上‘馬甲’，一會兒披上‘外套’,，很難識別,。”劉磊介紹,，由于循環(huán)腫瘤細(xì)胞具有稀有性和表面異質(zhì)性的特點,，使得循環(huán)腫瘤細(xì)胞檢測面臨極大挑戰(zhàn)。
抓住“狡猾”的循環(huán)腫瘤細(xì)胞,，是檢驗和鑒別腫瘤的第一步,。目前，國際上已有納米磁珠技術(shù),，即利用磁場回收的方式抓取循環(huán)腫瘤細(xì)胞,。但這項技術(shù)有一個嚴(yán)重缺陷：無數(shù)個磁珠組成的“網(wǎng)”捕獲循環(huán)腫瘤細(xì)胞后,，細(xì)胞會“誤食”直徑僅有百納米的磁珠，導(dǎo)致循環(huán)腫瘤細(xì)胞死亡,。這樣一來,，醫(yī)生就無法進(jìn)一步分析細(xì)胞中攜帶著的寶貴生物學(xué)信息。
2018年,，劉磊將研究目光聚焦到循環(huán)腫瘤細(xì)胞的抓取上,。他計劃設(shè)計一個智能生物材料界面，集成靶向識別功能,?！斑@種材料界面就像個高明的偵探，能夠準(zhǔn)確識別循環(huán)腫瘤細(xì)胞,，伸出‘大手’緊緊地抓住它們,。同時又能夠按需釋放,，使循環(huán)腫瘤細(xì)胞從界面上脫落下來,，為下游分析提供基礎(chǔ)?！眲⒗谡f,。
制出既堅固又柔軟的仿生膜
為了實現(xiàn)循環(huán)腫瘤細(xì)胞的捕獲與分離，劉磊團(tuán)隊創(chuàng)建了具有動態(tài)生物活性的智能生物界面材料體系,?！白铋_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,，無法裁剪，使用極不方便,?！闭撐牡谝蛔髡摺⒔K大學(xué)博士生白蒙起告訴記者,，團(tuán)隊曾制備出一種多功能膜,，用于修復(fù)牙釉質(zhì)。受仿生牙釉質(zhì)結(jié)構(gòu)的啟發(fā),，他們將一層二氧化鈦納米管和一層蠶絲蛋白疊加融合,，制成了一張柔性膜。
這種柔性膜結(jié)構(gòu)牢固,、性能穩(wěn)定,、延展性好，拉伸應(yīng)變可接近80%,，拉伸強度可達(dá)到十幾個兆帕,。因此,，該柔性膜可以被任意裁剪，制成需要的片段進(jìn)行應(yīng)用,。與單一的硬基質(zhì)材料相比,，在這種柔性膜上可以添加各種功能蛋白，從而為提高捕獲能力打下基礎(chǔ),。同時,，它還可以模擬人體的生理機制，創(chuàng)造出適合循環(huán)腫瘤細(xì)胞生存的微環(huán)境,。
在實驗中,，科研人員在柔性膜上添加了靶向肽和牛血清白蛋白。前者可以準(zhǔn)確捕獲并識別循環(huán)腫瘤細(xì)胞,，后者則具有良好的抗污能力,，可確保靶向肽正常工作。為了提升柔性膜的捕獲能力,，團(tuán)隊設(shè)計了多靶點的界面,。與單一靶點界面相比，多靶點界面對溶液中循環(huán)腫瘤細(xì)胞的捕獲能力提高了1倍以上,。
“簡單來說,，這種膜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,。后期需要釋放的時候,，通過糖、多肽等刺激剪斷這種分子間作用力,，把循環(huán)腫瘤細(xì)胞釋放出來,。”白蒙起說,。
智能高效識別癌癥病理分型
團(tuán)隊在成功研發(fā)了多功能仿生柔性膜后,，首先在乳腺癌領(lǐng)域開展了檢測實驗。乳腺癌是全球女性第一高發(fā)腫瘤,。人上皮生長因子受體2（HER2）是迄今為止被研究得比較透徹的乳腺癌基因之一,。區(qū)分乳腺癌患者HER2高表達(dá)或低表達(dá)，可以幫助醫(yī)生診斷患者是HER2陽性還是陰性,。臨床中,，有50%的HER2陽性患者極易發(fā)生腦轉(zhuǎn)移。因此,，捕獲具有不同表型的循環(huán)腫瘤細(xì)胞,，可為醫(yī)生提供重要的術(shù)后治療依據(jù)。
為此,，劉磊團(tuán)隊將靶向上皮生物標(biāo)志物和HER2蛋白這兩種腫瘤細(xì)胞表面生物標(biāo)志物的特異性多肽固定在膜表面,，制備出具有多重動態(tài)生物活性表面的二氧化鈦納米管/絲素蛋白柔性膜,。劉磊告訴記者，他們已與江蘇省人民醫(yī)院,、鎮(zhèn)江市第一人民醫(yī)院開展合作,，利用該膜對乳腺癌患者的血液樣本進(jìn)行檢測。截至目前,，他們已對10例病人的血樣進(jìn)行了檢測,，同時采集3例健康人的血樣開展雙盲實驗。實驗結(jié)果顯示,，多功能仿生柔性膜做出的診斷,，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，檢測準(zhǔn)確率達(dá)100%,。江蘇省人民醫(yī)院教授徐建認(rèn)為,，這將為今后癌癥患者的預(yù)后和癌癥分子分型診斷提供依據(jù)。
在實驗室內(nèi),，劉磊向記者展示了這種多功能仿生柔性膜如何進(jìn)行檢測操作,。科研人員首先將1毫升血液樣本進(jìn)行稀釋,，得到4毫升稀釋血液并分成4份,；再把膜剪切成0.5厘米見方的大小,，分別投入4份稀釋血液中,；2小時后將膜取出，在熒光顯微鏡下,，就可以直觀地看到膜上是否有循環(huán)腫瘤細(xì)胞,。
為了進(jìn)一步分辨捕獲的細(xì)胞是否為循環(huán)腫瘤細(xì)胞和HER2高表達(dá)腫瘤細(xì)胞，科研人員用三色免疫法給細(xì)胞染色,。利用特異性探針,，就可以區(qū)分循環(huán)腫瘤細(xì)胞和白細(xì)胞，以及區(qū)分HER2高表達(dá)和低表達(dá)的腫瘤細(xì)胞,，進(jìn)而判斷患者是否為HER2陽性,。
劉磊介紹，目前他們還在與相關(guān)醫(yī)院持續(xù)開展檢測實驗,。隨著實驗樣本的增加,，團(tuán)隊將在同樣界面上實現(xiàn)對不同類型乳腺癌病理分型的全面快速檢測和判斷。
“這種膜不僅可以檢測腫瘤,，還可以用于外傷給藥,。通過特異性形式把藥物添加到界面上，在病理微環(huán)境的刺激下,，就能實現(xiàn)定點釋放藥物,，達(dá)到治療效果,。”劉磊說,，通過和臨床的進(jìn)一步結(jié)合,，這種多功能仿生柔性膜還可以繼續(xù)優(yōu)化并拓展實用性，為患者提供無損傷,、快速便捷的診療方案,。
文章來源：科技日報 2024年2月20日 8版
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