核酸适体功能化微流控芯片用于循环肿瘤细胞的捕获富集检测

Sensitive and selective methods for circulating tumor cell(CTC) detection are of great clinical significance in cancer prognosis, minimal residual disease detection, cancer therapy assessment, early diagnosis of invasive cancers and cancer drug development. Unfortunately, detecting a few CTCs among millions to billions of cells and differentiating the CTCs from epithelial non-tumor cells and leukocytes represent daunting technical challenges. In this project, aptamers against several cancer cell member biomarkers and cancer cells will be generated. A microfluidic chip functionalized with aptamers for CTC capturing,enumerating will be designed and fabricated for highly sensitive and selective CTC analysis from whole blood. The use of aptamers as affinity ligands to replace antibody avoids several problems associated with antibody methods such as protein denaturing, low capturing efficiency and high cost.On the other hand, microfluidics offers the advantages of high throughput and automated preconcentration&detection.There is no CTC detection method based on EpCAM aptamer reported so far, although EpCAM has been widely recognized as a key biomarker for CTC enrichment. The success of this project will deliver a new tool for early diagnosis of metastasis and cancer therapy assessment. The applicant has strong research background in aptamer selection and biomedical applications, microfluidics for bioanalysis, which lays a solid foundation to the success of the proposed project.

循环肿瘤细胞（CTC）检测在肿瘤的分期诊断、治疗方案的快速评估、肿瘤复发的监测以及药物开发等方面具有重大意义。如何从外周血中数亿个细胞中识别捕获少数的几个肿瘤细胞是当前CTC检测的瓶颈。本项目拟通过体外筛选技术，获得多条特异性识别上皮细胞黏附分子EpCAM及其它肿瘤细胞膜外标志物、肿瘤细胞的核酸适体，结合微流控高通量富集方法，实现外周血CTC的高灵敏、高选择性的快速富集检测。尽管EpCAM被广泛认为是CTC识别捕获的重要肿瘤标志物，基于EpCAM核酸适体的捕获富集方法仍未见文献报告。以核酸适体作为捕获探针，解决了抗体易失活、捕获效率低、成本高的问题。通过微流控芯片实现血液的高通量、全自动分析检测。项目的成功实施将为癌症扩散早期诊断和预警、治疗方案评估等提供重要的检测途径。申请人在核酸适体的筛选应用、微流控芯片的生物分析应用等相关领域具有扎实的研究基础，为项目的顺利实施提供了有力的技术保障。

循环肿瘤细胞（CTC）检测在肿瘤的分期诊断、治疗方案的快速评估、肿瘤复发的监测以及药物开发等方面具有重大意义。目前经典的的芯片CTC技术及磁珠微球技术均采用EpCAM抗体捕获肿瘤细胞。然而EpCAM抗体被固定在固体表面上，存在着特异性差、结合能力低、易失活、寿命短的缺点。这些因素导致了CTC的富集无法达到理想的富集效率。核酸适体具有高亲合力、高选择性的优点，可以用于肿瘤细胞的高亲合力选择性捕获富集。为了解决传统核酸适体筛选方法效率低，成本高，依赖大型仪器表征等问题，本项目发展了基于单隆表面展示技术的核酸适体筛选以及基于气动芯片的核酸适体表征新方法。筛选获得了肿留标志物EpCAM、SRC3及乳腺癌、结肠癌、胶质瘤等多种肿瘤细胞系共计20余条核酸适体；在此基础上建立了一种同时基于细胞尺寸及表面标志物捕获原理的新型功能化高效捕获芯片，实现了对实际病人样品外周血中循环肿瘤细胞的高效、高纯度捕获，对肿瘤病人手术前、手术后、术后治疗各阶段进行CTC跟踪，通过所建立的方法与经典病理分期结果进行对比，研究CTC随着治疗过程的变化模式；并建立了循环肿瘤细胞的高灵敏便携检测技术。研究成果为癌症扩散早期诊断和预警、治疗方案评估、预后监控以及肿瘤的即时检测等提供重要的检测途径。在项目实施过程中在国际化学期刊上发表SCI论文41篇，其中影响因子5.0以上36篇，国家专利授权21项，培养杰出青年科学基金获得者一人，生物分析化学博士5名，硕士13名。