基于特异性识别多肽的循环肿瘤细胞检测新方法研究

Metastasis is the notorious characteristics of the malignant tumors. The tumor cells that have detached from a primary tumor and circulate in the bloodstream is called circulating tumor cells (CTC), which play critical role in metastasis, and spread of carcinomas. Since the concentration of CTC is extremely low in the blood, the highly efficient enrichment and detection of CTC in peripheral blood is very important in prognosis and therapy of tumors. In this project, we will design, synthesize and screen the De novo designed peptides according to specific proteins on CTC surfaces. The specific recognition peptides will be applied rather than antibodies in enrichment and detection of CTCs. The interaction mechanism between the specific recognition peptides and the target proteins will be studied concerning the binding affinity and specificity. Taking into account the different target proteins or different epitopes on one target, different specific recognition peptides will be functionalized into peptide modified nanostructures, either by self-assembly via linking onto flexible polymer chains, or by functionalization of nanoparticles by different peptides. Those peptide modified nanostructures bearing different targets will be immobilized onto the patterned surface for construction of multiscale surface structures, which will eventually increase the sensitivity and selectivity by combining the increased topological interaction, increased binding sites and also multi-targets. This project will lead to a new peptide-based detection method for CTC enrichment and detection, which will help the disgnosis and early-warning of tumor metastasis and will also provide supportive information for prognosis.

侵袭与转移是恶性肿瘤最显著的特征之一，而肿瘤细胞自行脱落并进入外周血中，形成循环肿瘤细胞（CTC），是导致肿瘤转移、复发和影响疾病预后的重要因素。在外周血中检测到肿瘤细胞预示着有可能发生肿瘤转移，然而CTC在血液中浓度极低，所以发展高效的富集和检测技术对于CTC的检测具有重要意义。本项目将根据CTC表面蛋白质分子的序列和结构，设计、合成和筛选De Novo多肽对CTC表面蛋白进行特异性识别，研究多肽与靶蛋白结合的亲和力和特异性。并针对多个靶点或者相同靶蛋白的不同表位，将特异性识别多肽进行柔性链的功能化并组装成纳米结构，或者将不同的特异性识别多肽混合修饰在纳米颗粒表面，并将此功能化多肽修饰纳米结构组装于图案化微结构的表面形成多尺度表面结构，提高CTC与表面碰撞时的有效接触面积和相互作用位点，从而提高CTC富集和检测的灵敏度和特异性，为肿瘤转移预警和疾病预后提供基础。

肿瘤常规检测方法多为组织活检和影像学，受限于影像学的分辨率，5mm以下的肿瘤难以发现，而组织活检又很难实现多次取样，并且给病人带来痛苦和风险，所以“液体活检”成为近些年国际研发热点。外周血中的循环肿瘤细胞（Circulating tumor cell，CTC）是从原位肿瘤脱落进入血液循环的完整癌细胞，携带原位肿瘤的几乎所有信息，CTC的高效检测对于判断预后，疗效评价，肿瘤的早期诊断以及个性化分子诊断有重要意义，在肿瘤治疗的伴随诊断以及体检筛查等方面都有巨大的市场前景。然而CTC在血液中浓度极低，1ml血液中只有几个CTC，红细胞和白细胞却分别达到10^9、10^7数量级，所以CTC检测的关键在于能够在复杂环境中的高效富集CTC，并发展有效的富集-检测一体化技术。. 在本项目的支持下，提出了基于多肽的纳米检测思路，在单分子水平上研究了多肽之间的相互作用，理解多肽的折叠机理，从而深入探讨多肽识别肿瘤表面抗原的相互作用本质。在此基础上建立了基于多肽纳米结构的CTC捕获技术，完成多肽的设计、筛选，获得了与CTC表面靶蛋白高亲合力和高选择性的多肽片段，并完成了多肽在磁性纳米材料表面的修饰，实现了具有纳米结构的多肽的稳定组装，并完成了组装多肽在纳米材料表面的修饰，并实现了多肽-纳米磁珠在肿瘤病人CTC检测方面的应用，与北京大学肿瘤医院的临床合作研究表明，对560例乳腺癌病人的CTC检出率高达80%以上，远远高于目前唯一被FDA批准的CellSearch系统的40-50%的CTC检出率。研究结果发表高水平的SCI文章18篇，授权专利两项，培养博士研究生3名，硕士研究生1名，其中还有一名博士研究生在读。此外此技术还获得由科技部、教育部、财政部和全国工商联联合主办的中国第四届创新创业大赛新材料行业总决赛团队冠军等多项国家和省市奖励。