由日本名古屋大學(xué)研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個小組開發(fā)了一種技術(shù)，可以從尿液中捕獲并釋放納米線表面的游離DNA(cfDNA)。通過提取這種DNA，他們能夠成功檢測IDH1突變，這是一種神經(jīng)膠質(zhì)瘤(一種腦腫瘤)的特征性基因突變。他們的發(fā)現(xiàn)提高了利用尿液進(jìn)行癌癥檢測的有效性。他們在《生物傳感器和生物電子學(xué)》雜志上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。
腦腫瘤通常僅在出現(xiàn)癥狀(例如四肢癱瘓)后才進(jìn)行檢查。但即使被發(fā)現(xiàn)，它們也往往已經(jīng)發(fā)展到晚期，很難通過手術(shù)將其切除。在這些腫瘤中，最致命的是神經(jīng)膠質(zhì)瘤。這些腫瘤的平均生存時間低至12-18個月。因此，為了讓患者有生存的機(jī)會，早期發(fā)現(xiàn)是必要的。
由于許多患者都會進(jìn)行常規(guī)體檢并提供尿液樣本，因此這些樣本可以有效地用于尋找腦腫瘤的證據(jù)。腦腫瘤的特征之一是存在cfDNA，這是腫瘤恢復(fù)細(xì)胞活力并處理舊受損細(xì)胞時釋放的小DNA顆粒。通常，宿主的cfDNA會被巨噬細(xì)胞清除，但對于癌細(xì)胞來說，細(xì)胞分裂得如此之快，以至于會產(chǎn)生多余的剩余cfDNA，并通過尿液排出體外。
“這些細(xì)胞的檢測作為一種非侵入性的癌癥檢查方法，已獲得美國食品和藥物管理局的批準(zhǔn)，可用于癌癥篩查、診斷、預(yù)后以及監(jiān)測癌癥進(jìn)展和治療反應(yīng)，”成員TakaoYasui教授說。研究小組的負(fù)責(zé)人說。“然而，一個主要瓶頸是缺乏從尿液中有效分離cfDNA的技術(shù)，因為排出的cfDNA可能很短、碎片化且濃度低。”
為了解決這個問題，由工程研究生院的TakaoYasui教授、YoshinobuBaba教授和HiromiTakahashi研究員以及名古屋大學(xué)未來社會創(chuàng)新研究所的AtsushiNatsume教授組成的團(tuán)隊與Takeshi教授合作東京大學(xué)的Yanagida和泰國Ladkrabang先皇技術(shù)學(xué)院的SakonRahong副教授在氧化鋅(ZnO)納米線表面使用捕獲和釋放方法來捕獲神經(jīng)膠質(zhì)瘤中的cfDNA和細(xì)胞外囊泡。
選擇ZnO是因為水分子吸附在ZnO納米線的表面。然后這些水分子與尿液樣本中的任何cfDNA形成氫鍵。然后可以將結(jié)合的cfDNA洗掉，從而使研究人員能夠分離出樣品中的微量cfDNA。
他們的技術(shù)取得了巨大的成功。“我們成功地分離了尿液cfDNA，這對于傳統(tǒng)方法來說是極其困難的，”Yasui說。“雖然在之前的實驗中，我們表明我們的納米線可以捕獲癌癥細(xì)胞外囊泡，我們也在這個樣本中發(fā)現(xiàn)了這一點;令人驚訝的是使用類似的技術(shù)捕獲了cfDNA。當(dāng)我們提取cfDNA時，我們檢測到了IDH1突變，這是在神經(jīng)膠質(zhì)瘤中發(fā)現(xiàn)的一種特征性基因突變。這讓我們感到興奮，因為這是第一份從小至0.5毫升的尿液樣本中檢測到IDH1突變的報告。”
“這項研究通過使用化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)和納米技術(shù)，克服了目前使用的方法的缺點，為尿液cfDNA的臨床應(yīng)用提供了最先進(jìn)的方法，特別是作為一種分析工具，促進(jìn)早期診斷癌癥，”安井說。“雖然我們測試了神經(jīng)膠質(zhì)瘤，但這種方法為檢測腫瘤突變開辟了新的可能性。如果我們知道要尋找的突變類型，我們可以輕松地應(yīng)用我們的技術(shù)來檢測其他類型的腫瘤，特別是檢測那些無法檢測的腫瘤。通過常規(guī)方法分離。”
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