基于双功能化石墨烯非小细胞肺癌循环肿瘤细胞电化学传感新方法研究

Circulating tumor cells (CTCs) analysis is a promising new diagnostic field for the early diagnosis and estimating the risk of metastatic relapse and metastatic progression in patients with cancer. The project intends to choose non-small cell lung cancer (NSCLC) as research model, and to construct the biomimetic sensing interface which sensitive to tumor cells using antibody and aptamer of the high expressed epidermal growth factor receptor (EGFR) of NSCLC tumor cells as molecular recognition substances and combining with biologically and electrochemically functional graphene nanocomposites; intends to develop several novel electrochemical biosensors and to establish new methods with sensitivity, selectivity and speediness for the detection of NSCLC circulating tumor cells. To exploit the functionalization methods of graphene, to establish the immobilization methods of antibody and aptamer which can be maintained their affinity for tumor cells, and to efficiently capture tumor cells using the immobilized recognition substance on the electrode surface; To lucubrate on the on-line capture methods of CTCs and non-specific adsorption interference of human normal somatic cells on the biomimetic sensing interface, and intends to use the membrane of human leukocyte to suppress non-specific adsorption of human somatic cells. This project seeks to establish new methods for the detection of circulating tumor cells, and then further applied to early diagnosis of NSCLC patients, and to research the interactions between CTCs and anticancer drug. The project will provide the devices and new analytical methods for basic and applied research of CTCs detection, and promote the research of biosensors and biochips for tumor cells detection.

检测循环肿瘤细胞对癌症患者的早期诊断及疗效评估等具有重要意义。本项目拟以非小细胞肺癌循环肿瘤细胞为研究对象，采用肿瘤细胞表面高表达表皮生长因子受体的抗体和适体作为分子识别物质，结合生物及电化学双功能化石墨烯纳米复合材料，用于构建肿瘤细胞电化学敏感仿生传感界面，建立捕获肿瘤细胞新方法，研制灵敏、准确、快速的循环肿瘤细胞电化学生物传感器。探索石墨烯的功能化方法，建立能保持抗体和适体对肿瘤细胞亲和力的固定化方法，利用电极表面固定化的识别物质高效捕获肿瘤细胞；深入研究在传感界面上捕获肿瘤细胞新方法及非特异性吸附干扰等问题。拟选用白细胞膜抑制正常体细胞在传感界面上的非特异性吸附。本项目力求建立检测循环肿瘤细胞新方法，并将其用于非小细胞肺癌的早期临床诊断和肿瘤细胞与抗肿瘤药物相互作用研究。该项目将为循环肿瘤细胞检测的基础和应用研究提供器件和分析新方法，将促进肿瘤细胞检测相关生物传感器和生物芯片的研究。

本项目是国家自然科学基金青年科学基金项目，执行年限是：2014年1月至2016年12月。项目获得资助以来，我们按照项目申请中提出的技术路线和研究方法，顺利完成了预期研究目标，获得了满意的研究成果。主要进行了以下几方面的研究工作：（1）功能化石墨烯纳米复合物的制备、表征与应用研究：成功制备了两类同时具备电化学活性和表皮生长因子受体及其高表达肿瘤细胞生物亲合活性的双功能化石墨烯纳米复合物，并将其应用于肿瘤细胞敏感仿生传感界面的构建；（2）表皮生长因子受体高表达细胞株的建立及抗肿瘤药物筛选研究：通过基因重组的方法将HEK293细胞构建成表皮生长因子受体稳定高表达的细胞株，命名为HEK293/EGFR；（3）构建肿瘤细胞电化学敏感仿生传感界面，建立捕获肿瘤细胞新方法：将基于双功能化石墨烯纳米复合物构建的电化学生物传感器应用于表皮生长因子受体的定性、定量分析检测，肿瘤细胞表皮生长因子受体表达量的评估，以及肿瘤细胞的定性、定量分析检测；（4）肿瘤细胞分泌物电化学分析传感研究：建立了一种在生理条件下，可以灵敏检测H2O2的电化学安培分析新方法，将该生物传感器应用于正常细胞（HEK293）和肿瘤细胞（Hep3B，HepG2和 HeLa）分泌释放H2O2的在线监测，基于此可以准确区分肿瘤细胞与正常细胞，说明H2O2是潜在的肿瘤及相关疾病的生物标志物；（5）石墨烯修饰电极上药物小分子的电化学及电分析特性研究：考察了26种具有抗肿瘤活性药物小分子在石墨烯纳米传感界面上的电化学活性，在此基础上分别建立了生理条件下，可以灵敏检测这些小分子的电化学伏安分析新方法。这些研究成果为肿瘤细胞及药物分子检测的基础和应用研究提供了器件和分析新方法，将促进肿瘤细胞检测及药物筛选相关生物传感器和生物芯片的研究。共发表SCI论文12篇，会议论文3篇。参加学术交流会议3次；培养硕士研究生3名（1名已毕业，2名在读）。