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近日，中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心研究員孫佳姝課題組在基于腫瘤細(xì)胞外囊泡膜蛋白檢測的腫瘤液體活檢研究中取得新進(jìn)展。相關(guān)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(xué)工程》雜志上(Nat. Biomed. Eng. 2019, DOI: 10.1038/s41551-018-0343-6)，研究人員結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法，將腫瘤細(xì)胞外囊泡EV膜蛋白組學(xué)信息用于6種癌癥的早期自動(dòng)分型檢測、前列腺腫瘤液體活檢及前列腺癌的復(fù)發(fā)監(jiān)控。

基于腫瘤細(xì)胞外囊泡膜蛋白檢測的腫瘤液體活檢

　　惡性腫瘤是嚴(yán)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(diǎn)，無法為癌癥早期診斷及實(shí)時(shí)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(xì)胞脫落進(jìn)入外周血液循環(huán)的生物標(biāo)志物，主要包括循環(huán)腫瘤細(xì)胞CTC、腫瘤細(xì)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(shí)體腫瘤的早期診斷，而且能夠監(jiān)測腫瘤復(fù)發(fā)，評估療效，具有標(biāo)本易獲得、創(chuàng)傷性小、非侵入性、可反復(fù)采集等優(yōu)勢。

　　作為腫瘤液體活檢標(biāo)志物的研究熱點(diǎn)，腫瘤細(xì)胞外囊泡EV是由腫瘤細(xì)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(xì)胞的蛋白、DNA、RNA等生物大分子，直接或間接調(diào)控受體細(xì)胞的功能和表型，參與細(xì)胞病理生理學(xué)過程。腫瘤細(xì)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?zé)嵊靖患昂怂徇m體識別技術(shù)，無需EV分離提取等操作，在1μL 血清或血漿樣本中實(shí)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(biāo)記的核酸適體特異性識別EV表面腫瘤相關(guān)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(dǎo)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(xué)信息；最后結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法，將EV膜蛋白組學(xué)信息用于6種癌癥的早期自動(dòng)分型檢測、前列腺腫瘤液體活檢及前列腺癌的復(fù)發(fā)監(jiān)控。