近期，發(fā)表于《自然》子刊《Nature Communications》上的一項(xiàng)研究，為癌癥早期診斷帶來(lái)了令人眼前一亮的新方法。昆士蘭大學(xué)的澳大利亞生物工程與納米技術(shù)研究所(Australian Institute for Bioengineering and Nanotechnology，AIBN)的研究人員發(fā)現(xiàn)，多種癌癥的癌細(xì)胞DNA都有一種特異性的結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出的一種簡(jiǎn)便診斷測(cè)試，有望成為普適性的癌癥早期診斷方法。

“癌癥是一類特別復(fù)雜、極其多變的疾病，因此很難找到一種所有癌癥共有、但又有別于健康細(xì)胞的簡(jiǎn)單特征。”該研究的第一作者Abu Sina博士說(shuō)。不過(guò)現(xiàn)在，他們找到了一種特征，幾乎可以滿足他們的要求。

▲本研究的三位作者(從左到右分別為Matt Trau教授，Abu Sina博士和Laura Carrascosa博士)來(lái)自昆士蘭大學(xué)澳大利亞生物工程與納米技術(shù)研究所

從腫瘤上脫落并進(jìn)入外周血循環(huán)的癌細(xì)胞(即循環(huán)腫瘤細(xì)胞，簡(jiǎn)稱CTC)是癌癥的生物標(biāo)志物之一。伴隨著癌細(xì)胞分裂和死亡，細(xì)胞內(nèi)的各種物質(zhì)，包括DNA片段，被釋放出來(lái)，也會(huì)進(jìn)入血液循環(huán)?；贑TC的液體活檢技術(shù)是近年腫瘤研究、尤其是癌癥早期診斷的熱門領(lǐng)域，比如通過(guò)測(cè)序檢測(cè)血液中游離的DNA是否帶有腫瘤特異的相關(guān)突變。

有一些科學(xué)家想到，可以借助DNA在表觀遺傳學(xué)上的變化幫助癌癥診斷。在成熟細(xì)胞的DNA分子上，通常連著一些甲基基團(tuán)，這種化學(xué)修飾可以調(diào)控基因的表達(dá)。而腫瘤DNA上的甲基化特征與來(lái)自健康組織的DNA不同。

AIBN的研究人員就從DNA甲基化的物理化學(xué)特征入手，找到了一種簡(jiǎn)便的區(qū)分方法。健康細(xì)胞的基因組中，DNA上的甲基基團(tuán)大致均勻分布。但癌細(xì)胞的基因組中情況就不一樣了，大部分DNA片段上甲基基團(tuán)缺失，某些區(qū)域上則聚集著致密的甲基基團(tuán)。研究人員檢查了多種癌癥的樣品，發(fā)現(xiàn)這種納米尺度的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在乳腺癌、前列腺癌、結(jié)直腸癌和淋巴瘤等各類癌細(xì)胞DNA中都存在。

▲健康細(xì)胞的DNA和腫瘤細(xì)胞的DNA有不同的甲基化模式，因而在溶劑中有不同的折疊方式，導(dǎo)致與金表面的吸附能力不一樣。

這種甲基基團(tuán)分布的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)造成一個(gè)結(jié)果：循環(huán)腫瘤DNA分子和健康細(xì)胞DNA分子在溶液中形成的3D折疊形態(tài)不同，進(jìn)而與裸露金屬表面的吸附能力有差別。研究人員把來(lái)自外周血的DNA片段放入溶液，其中循環(huán)腫瘤DNA分子在致密甲基基團(tuán)的影響下形成特殊的3D結(jié)構(gòu)，被金箔電極所吸附，從溶液中分離出來(lái)。測(cè)量金箔吸附DNA后的電化學(xué)特性是否改變，不到10分鐘就可以得出是否存在腫瘤DNA的分析結(jié)果。

接下來(lái)，研究人員開(kāi)發(fā)了一種更直觀的檢測(cè)方法。“我們利用納米金顆粒設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)便的測(cè)試方法，溶液內(nèi)存在腫瘤DNA形成的3D納米結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)立刻變色。”昆士蘭大學(xué)的化學(xué)教授、AIBN的聯(lián)合創(chuàng)始人Matt Trau教授介紹。

在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，只消一滴血，得到少量經(jīng)純化的DNA就可以通過(guò)溶液顏色看到檢測(cè)結(jié)果。目前為止，研究人員已測(cè)試了200例腫瘤樣品和正常DNA樣品，在一部分癌癥類型中準(zhǔn)確率高達(dá)90%。

接下來(lái)，研究人員將評(píng)估這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于更多類型的癌癥、癌癥的各個(gè)時(shí)期、不同體液的效果，以及在預(yù)后評(píng)估上的應(yīng)用。腫瘤以狡猾多變出名，癌癥發(fā)展方式多種多樣，是否所有腫瘤都有相同的甲基化模式還有待繼續(xù)驗(yàn)證。并且，這種測(cè)試方法得到的結(jié)果只能告訴我們是不是有癌癥存在，還需要進(jìn)一步分析才能確定癌癥的具體類型。不過(guò)，這項(xiàng)技術(shù)靈敏簡(jiǎn)便又快捷，很有潛力成為一種癌癥早篩的替代方案。