抽血诊断肺癌的新利器！Matter：开发出捕获血浆中外泌体的新型微流控芯片，可更快更灵敏地检测肺癌

在一项新的研究中，来自密歇根大学的研究人员开发出一种能捕捉血浆中外泌体的微流控芯片，用于确定肺癌的迹象。这种通过抽血诊断肺癌的新方法比以前的方法快10倍，灵敏度高14倍。

相关研究结果于2024年9月27日在线发表在Matter期刊上，论文标题为“Chiroptical detection and mutation analysis of cancer-associated extracellular vesicles using microfluidics with oriented chiral nanoparticles”。

外泌体：细胞间的信使

科学家们在过去十年中已发现，外泌体是含有蛋白或DNA和RNA片段的微小包裹，对细胞间的通信很有价值。虽然健康细胞的外泌体能将重要的信号传遍全身，但癌细胞的外泌体却能帮助肿瘤扩散，因为它们能在肿瘤细胞到来之前让组织做好接受肿瘤细胞的准备。

论文共同通讯作者、密歇根大学化学与生物医学工程教授Sunitha Nagrath说：“离开肿瘤微环境的癌细胞外泌体出去准备用于种子接种的土壤。随后，癌细胞种子从肿瘤中脱落，通过血液循环接种在经过预处理的土壤中，并开始生长。”

外泌体的“手性”秘密

外泌体的包裹内部和外表面都携带有蛋白。与许多生物分子一样，这些表面蛋白也是手性的——这意味着它们有右旋或左旋——这导致它们以独特的方式与光相互作用。在癌症外泌体中，表面蛋白经常发生突变，这意味着基因改变了组成蛋白的氨基酸序列。突变微妙地改变了蛋白的形状，也改变了它的手性。这些差异可以通过与右旋或左旋的圆偏振光的相互作用来发现，这与蛋白的扭曲相匹配。这种共振产生的强烈信号会传回光检测器。

捕捉外泌体的“黄金陷阱”

然而，这些光信号通常很弱，难以解读。此外，要进行这种检测，必须从血液样本中提取外泌体。这很棘手，因为外泌体很小，只有30到200纳米。为了发现它们，研究人员设计了形状像扭曲的圆盘的金纳米颗粒，它们含有的中心空腔可捕获外泌体。由于在大小、形状和表面化学性质方面几乎完美匹配，这些空腔能可靠地捕获外泌体。由于具有右旋，它们能与右旋光产生强烈共振，但如果入射光是左旋的，则不会传回太多信号。这种对右旋或左旋光线的不同反应被称为圆二色性（circular dichroism）。

图片来自Matter, 2024, doi:10.1016/j.matt.2024.09.005

被捕获的外泌体上的蛋白沉入空腔中，可以根据其形状加强或减弱返回信号的强度。沿着微流控芯片的微小通道，金纳米颗粒的空腔捕获了血浆中的外泌体，并揭示了健康研究参与者和肺癌患者样本之间的差异性特征。论文共同通讯作者、密歇根大学化学科学与工程系教授Nicholas Kotov说：“虽然我预计金纳米颗粒的光学活性取决于蛋白中的突变，但它的灵敏度却让我感到惊喜。这要归功于金纳米颗粒在这种检测装置中的方向都是一致的。”

CDEXO芯片：肺癌诊断的新希望

这种用于外泌体的圆二色性检测的微流控芯片被命名为CDEXO芯片，也许能够区分特定的肺癌突变，帮助医生在显性突变发生变化时做出针对性治疗的决定。作者设想，CDEXO芯片首先将与传统诊断方法一起使用。随着人们对这项技术信任度的提高，该芯片可用于筛查其他癌症，以改善早期检测。

Nagrath说：“下一步，我们想研究大多数已知的实体瘤突变蛋白，了解它们的光谱特征有何不同。在此基础上，我们可以推动这项技术进一步增加这些光谱差异，以区分不同的蛋白。”（生物谷Bioon.com）

参考资料：

Yoon-Tae Kang et al. Chiroptical detection and mutation analysis of cancer-associated extracellular vesicles using microfluidics with oriented chiral nanoparticles. Matter, 2024, doi:10.1016/j.matt.2024.09.005.