基于M13噬菌体的循环肿瘤细胞高效分离富集与分析新策略

Circulating tumor cells (CTCs) shedding into bloodstream from primary tumor is the key factor for the initiation of tumor metastasis and recurrence. The detection of CTCs in peripheral blood usually indicates the possibility of metastasis. Therefore, CTCs detection is of great importance for the cancer staging diagnosis, therapeutic effect evaluation and prognosis. These cells, however, are extraordinarily rare, bringing much challenge in the isolation and detection of CTCs. This project aims at conquering the drawbacks of the conventional CTCs detection approach and developing novel strategies for CTCs detection with high capture efficiency, nondestructive releasement and high sensitivity. The main content of this project includes: .(1) obtaining CTCs-recognition peptides specifically aiming at prostate cancer and breast cancer via biopanning from phage peptide libraries and display these peptides on the surface of M13 phages for the construction of CTCs capturing surface. By the merit of the high affinity of CTCs-recognition peptides and the bio-inspired nanoscale topological structure of M13 phages, CTCs separation with high efficiency would be achieved; (2) expressing endopeptidase substrate on the surface of phages in order to achieve the controllable and nondestructive release of CTCs; (3) decorating phages with CTCs-recognition peptide and SERS detection tag to construct SERS detection probes for CTCs typing and analysis with amplified signals. .This project will provide beneficial information for the early-warning of tumor metastasis and prognosis.

肿瘤细胞从原发肿瘤脱落进入血液循环系统形成循环肿瘤细胞（CTCs）是导致肿瘤转移和复发的重要因素。外周血中CTCs的存在预示肿瘤可能发生转移。因此，CTCs检测在肿瘤分期诊断、疗效评估、预后判断等方面具有重大意义，但血液中CTCs含量稀少，使CTCs分离检测极具挑战。本项目拟从噬菌体多肽文库筛选获取针对前列腺癌、乳腺癌的CTCs识别肽，并将其展示于M13噬菌体表面，以组装噬菌体的界面捕获CTCs，并利用CTCs识别肽的高亲和力及噬菌体纳米仿生拓扑结构协同实现CTCs的高效分离；将内切蛋白酶识别肽展示于噬菌体表面，通过定点酶切实现CTCs可控无损释放；以展示CTCs识别肽和SERS标签的噬菌体为检测探针，实现信号放大的CTCs分型分析。本项目有望发展新型的CTCs分离富集体系，并建立其检测新方法和新策略，实现CTCs的高效分离、无损释放及高灵敏检测，为肿瘤转移预警及预后分析提供有益参考。

本项目构建了基于M13噬菌体纳米纤维的可形变纳米亲和界面，阐明了柔性M13纳米纤维在增强界面传质效率、提高靶标捕获能力和构象熵增降低非特异吸附中的作用机理；建立了基于多价展示M13噬菌体及高度有序可逆硼酸的亲和界面，用于CTC的高效捕获及无损释放，并初步实现了基于CTC计数的疾病分期诊断、CTC基因突变检测及CTC表型分析；利用三维DNA纳米机器，建立了一系列高灵敏检测膜蛋白生物标志物及目标核酸的方法，为CTC表面蛋白分析及胞内核酸分析提供有力手段；通过构建系列多维阵列传感体系，实现了以致病菌为模型的物种鉴定分类方法，为CTC分析诊断建立良好平台和基础。项目执行期间，共以第一作者/通讯作者身份发表基金署名SCI收录论文21篇，其中影响因子大于8的论文10篇，分别发表在ACS Nano（IF=18.027，1篇）、Small（IF=15.153，1篇）、Analytical Chemistry（IF=8.008，4篇）、Sensors & Actuators B（IF=9.221，3篇）、Chinese Chemical Letters（IF=8.445，1篇）上，获批国家发明专利1项。依托本项目研究成果，获得国家自然科学基金面上项目1项、辽宁省“兴辽英才”青年拔尖人才项目1项、教育部基本科研业务费-人才培育基金资助项目1项。项目执行期间，共参加国际学术会议4次，其中在International symposium on miniaturized systems for chemical separation and analysis（2019，昆明）中做邀请报告1次。依托本项目共培养省级青年人才1名（辽宁省“兴辽英才”青年拔尖人才1人，2020年）博士研究生8名（其中3名已毕业），硕士研究生4名（其中2名已毕业），圆满完成预期目标。