10分鐘驗癌技術刷屏或可改寫癌症早篩技術

10分鐘驗癌技術刷屏或可改寫癌症早篩技術

這幾天,美國的各大媒體都被一條科技新聞刷屏了:科學家發明了一種可以在10分鐘之內檢測幾乎所有癌症的新技術。由於有關的新聞報導鋪天蓋地,影響範圍太大。也有不少科學家站出來呼籲,“大家先冷靜一下,目前這個技術還在實驗室階段,離應用到臨床還有很遠的距離。”無論如何,這個研究倒是真的。

北京時間,12月5日,澳大利亞昆士蘭大學Laura G。Carrascosa和Matt Trau領導的研究團隊在著名學術期刊《自然通訊》上發表論文稱[1],他們出了一套簡單而廉價的癌症檢測方法:基於腫瘤組織或血液DNA的甲基化狀況,在10分鐘以內就能判斷受試者是否患有癌症!

而且,為了讓這項檢測更加便捷,研究人員還對這項技術做了改進:加入DNA之後,檢測人員只需要根據顏色變化,就能判斷受試者是否患癌。這項極致簡單的技術有望幫助我們及早判斷自己是否患有癌症,進而能及時治療。

左一是 Trau教授(感覺他的實驗服是臨時找人借的)另兩位是文章共同第一作者

DNA的甲基化大家已經很熟悉了。甲基化就像DNA的音量調節器一樣,可以改變基因的表達模式,它可以使不需要的基因沉默,而加強需要的基因的表達。但是當甲基化出現異常時,細胞基因的表達就可能亂套,這正是很多疾病(包括癌症)發生的原因之一[2]。

DNA上的甲基化位點繁多,正常組織與病變組織甲基化位點會展現出不同的模式,而模式的不同可以用來檢測多種疾病。目前,甲基化測序已經成為檢測癌症的重要手段[3]。我們今年就報導過多個基於DNA的甲基化對癌症進行精確診斷的研究。

不過,目前的甲基化檢測方法都存在一個重要問題——過程太麻煩了,並且需要技術人員進行專業的操作。這就使得檢測的成本較高,且耗費的時間較長。在沒有感覺到身體異常時,人們可能不會選擇這種檢測方式。

因而,現在迫切需要一種更加簡單、廉價的癌症篩查手段。

DNA的結構

甲基化對DNA物理化學性質的改變給人們提供了這樣的機會。

我們知道,DNA是一種鏈狀的有機高分子化合物,時刻發生著聚合或解聚的變化。而甲基化可以改變DNA在溶液中的結構,柔韌性和三維構象等[4]。顯然,癌症細胞DNA的甲基化狀態相比正常細胞有很大不同,這很可能會反應到DNA的這些物理化學性質上。而對物理化學的檢測極有可能會更加簡單、方便。

Trau博士團隊先在體外驗證了這種想法。他們分別提取腫瘤組織和正常組織的DNA,純化後用電鏡進行觀察,果然發現腫瘤組織DNA聚集的顆粒大小要遠小於正常組織。而這與DNA的甲基化狀態息息相關。

這表明確實可以通過DNA的物理化學性質來區分正常組織和腫瘤組織。而甲基化起到的作用是增加DNA的疏水作用[5],以及減弱DNA對金屬顆粒(如金粉)的吸附能力[6]。

甲基化改變了DNA的吸附能力

兩者DNA吸附能力的差異引起了研究人員的注意。

他們比較了不同腫瘤組織DNA的甲基化水平,發現腫瘤DNA的甲基化水平要明顯低於正常組織,而對金納米顆粒的吸附能力要更強。而這種吸附能力的不同可以通過電化學信號鑑別出來。

接著,研究者檢驗了電化學信號的辨別能力。他們取了72份癌症組織樣本和相應的正常組織進行檢測(包括54 份乳腺癌組織,8個前列腺癌組織,10個淋巴瘤癌組織),發現對癌症組織檢測的特異性相當高,曲線下面積達到了0.909!

但是,有創的組織活檢畢竟不太方便,要是這個方法能用於液體活檢那就更完美了。

接著,他們收集了100份乳腺癌和結腸直腸癌患者的血漿游離DNA (cfDNA),並將其與45例健康人的cfDNA進行比較。實驗中僅用了5pg(濃度1pg/μl)的cfDNA,經過10分鐘的吸附後,便通過電化學信號分辨出了腫瘤組織,曲線下面積也達到了0.887。液體活檢的特異性也相當高!

通過電化學實驗,可以分別出腫瘤組織和正常組織的DNA

但是,畢竟電化學信號檢測也不算方便,是否有更簡單的判斷指標呢?

初中時做過化學實驗的同學們可能還記得,發生反應時常常會引起顏色變化,觀察顏色變化可是一個非常直觀的指標。

於是,Trau博士團隊開發了一種膠體金試劑來指示DNA與金納米顆粒的結合情況,試劑的原本顏色是紅色,當從癌細胞中提取的DNA被加入時,溶液會保持原來的顏色。但是如果加入的是健康細胞的DNA,由於DNA與金納米顆粒結合方式的不同,溶液會變成藍色。

DNA與金納米顆粒的結合情況可以通過顏色展現出來

他們用100份樣品檢驗這個系統的準確性,發現只需要用到1pg cfDNA就能起作用。可以說是簡單到極致了。

不過,通過顏色變化判斷的特異性稍稍低於電化學信號,曲線下面積是0.785。研究人員後面會繼續優化系統。

當然,這個方法還有一個局限,那就是它無法準確分辨出癌症的類型。但是,它可以作為一種篩查手段,當用這種方法檢測出患者患有癌症後,可以用其它方法進一步檢測,以確定癌症類型和分期。

而且,這個簡單廉價快速的方法,不需要很多複雜的儀器和操作,能消除很多癌症檢測上的障礙,顯示了廣闊的應用前景。

Trau教授說道:“這是一個驚人的發現,這似乎是所有癌症的一個普遍特徵”。這項技術展示了廣譜的癌症檢測能力,雖然還有更多的癌症類型需要被驗證。[7]

參考資料:

[1]https://www.nature.com/articles/s41467-018-07214-w

[2] Schubeler, D。Function and information content of DNA methylation。Nature517, 321–326 (2015)。

[3] Suzuki, M。M。& Bird, A。DNA methylation landscapes: provocative insights from epigenomics。Nat。Rev。Genet。9, 465–476 (2008)。

[4] Lee, J。Y。& Lee, T。-H。Effects of DNA methylation on the structure of nucleosomes。J。Am。Chem。Soc。134, 173–175 (2011)。

[5] Ohno, S。, Hasegawa, S。, Liu, H。, Ishihara, K。& Yusa, S。-i Aggregation behavior in water of amphiphilic diblock copolymers bearing biocompatible phosphorylcholine and cholesteryl groups。Polym。J。47, 71–76 (2015)。

[6] Kimura-Suda, H。, Petrovykh, D。Y。, Tarlov, M。J。& Whitman, L。J。Basedependent competitive adsorption of single-stranded DNA on gold。J。Am。Chem。Soc。125, 9014–9015 (2003)。

[7]https://www.theguardian.com/science/2018/dec/04/scientists-develop-10-minute-universal-cancer-test

點閱: 0

發表迴響

這個網站採用 Akismet 服務減少垃圾留言。進一步瞭解 Akismet 如何處理網站訪客的留言資料