癌症标记物的单分子检测使液体活检更接近临床

伊利诺伊州，香槟-一种快速，廉价但敏感的检测癌症标志物的技术使研究人员更接近“液体活检”-一种使用少量血液或血清样本检测癌症的测试，而不是常规使用的侵入性组织采样用于诊断。

伊利诺伊大学的研究人员开发了一种方法，可以捕获和计数与癌症相关的microRNA，即从细胞中渗出并可以在血液或血清中检测到的一小部分信使分子，具有单分子分辨率。该小组在《美国国家科学院院刊》上发表了研究结果。

伊利诺伊州电气和计算机工程学教授布莱恩·坎宁安说：“癌细胞含有基因突变，使其能够不受控制地增殖并逃避免疫系统，其中一些突变会在microRNA中出现。”坎宁安还领导伊利诺伊州的Holonyak微纳米技术实验室。

他说：“有些特定的microRNA分子的存在和浓度与特定类型的癌症的存在和侵袭性有关，因此，它们被称为生物标志物，可以作为诊断测试的目标分子。”

坎宁安(Cunningham)小组开发了一种称为“光子共振吸收显微镜”的技术，用于捕获和计数microRNA生物标记物。他们与佛罗里达州莫菲特癌症中心的Manish Kohli教授合作，在两种已知为前列腺癌标记物的microRNA上测试了PRAM。

他们发现它足够灵敏，可以检测出患者血清中可能存在的少量，而且还具有足够的选择性，可以检测血清中也存在的分子混合物中的标记。

研究生，第一作者，第一作者李南涛说：“生物传感的主要挑战之一是要同时保持敏感性和选择性。”“您希望它足够灵敏以检测极少量，但不希望它能吸收血液中的所有RNA。您希望此特定序列成为目标。”

通过结合分子探针和光子晶体传感器，PRAM达到了两种质量。探针非常明确地与指定的microRNA配对，并具有一个保护帽，当发现并结合到目标生物标志物时该保护帽会脱落。然后，探针的裸露端可以与传感器结合，产生通过显微镜可见的信号。

每个绑定的探针都会发送一个单独的信号，研究人员可以计数。这意味着研究人员能够检测到比荧光之类的传统方法要少得多的数量，荧光等传统方法需要超过某个阈值才能发出可测量的信号。能够对每种生物标志物进行计数也带来了额外的好处，即允许研究人员监视生物标志物浓度随时间的变化。

这项研究的第一作者，博士后研究员泰勒·卡纳迪(Taylor Canady)说：“借助PRAM，我们将样品注入溶液中，并在两个小时内获得读数。”“其他产生单分子读数的技术需要额外的处理和额外的步骤，并且需要等待一天或更长时间。PRAM看起来在临床上可能更加可行。此外，通过使用光信号代替荧光，我们有一天可以制造一种不需要训练有素的实验室技术人员的小型设备。”

研究人员说，PRAM方法可以适应不同的microRNA或其他生物标记，并且与现有的显微镜平台兼容。

坎宁安说：“这种方法使对低浓度癌症相关分子进行'液体活检'的想法离现实越来越近了。”“这项进展表明，有可能采用一种既便宜又常规的方法，使其灵敏度足够高，只需要滴一滴血。测试的结果可能会告诉医生化疗方案是否有效，一个人的癌症是否正在发展一种新突变，使其对某种药物具有抗药性，或者以前接受过癌症治疗的人是否可能已经缓解。”