基于呼出气体标志物快速检测的早期胃癌预警与诊断仪器的基础研究

In China, the incidence of gastric cancer shows an increasing trend with the young people. Although the gastroscopy has been popular, but the diagnostic rate of early gastric cancer is still less than 20%.Therefore, to solve the problem of warning and diagnosis of early gastric cancer is of great scientific significance, and also has the value of clinical application. .We screened 3 gastric gas markers and 1 normal gas marker, which own unique Raman spectra. It is confirmed that PLC Epsilon 1 can distinguish gastric cancer from non-cancerous tissues.Based on this foundation, we design and synthesize the substrate that can be hydrolyzed by PLC Epsilon 1, after patients’ oral administration, early gastric cancer patients generate gastric cancer breath gas markers through the substrate decomposition caused by PLC Epsilon 1, normal people will not produce gastric gas markers; fabricate microfluidic device with silver microspheres-based monolithic column, which will assembly Raman spectrum detection device into one whole instrument, and write the control and analysis software, and realize the collected gas automatically sampling, enhanced Raman spectroscopy detection signal using hollow silver spheres, realize ultra sensitive detection for the stomach cancer gas markers, achieve the aim of early gastric cancer’ early warning and diagnosis. Proposed the instrument, through clinical verification experiment, will realize noninvasive, sensitive, rapid, and specific detection of gas markers of gastric cancer, lay a solid foundation for further optimizing the development and clinical application of instrument.

在我国胃癌发病率呈现出增加与年轻化趋势。尽管胃镜很普及，但早期胃癌的发现率仍低于20%。解决胃癌的预警与早期诊断难题既具有重大的科学意义，又具有临床应用价值。我们筛选出3个胃癌气体标志物与1个正常气体标志物，都具有独一无二的拉曼光谱。证明了PLC Epsilon1能区别胃癌与非癌组织。基于此基础，合成PLC Epsilon1能分解的底物，让患者口服后，早期胃癌患者通过PLCEpsilon1的分解作用，产生胃癌气体标志物，正常人则不会产生胃癌气体标志物；研制带有银微球整体柱的微流控分型芯片，与拉曼光谱检测器件组装成仪器，编辑控制与分析软件，实现采集的气体自动进样，利用空心银微球增强拉曼光谱检测信号原理，来实现胃癌气体标志物的超敏感检测，达到早期胃癌的预警与诊断目标。拟研制的仪器，通过临床验证实验，拟实现胃癌气体标志物无创、敏感、快速、特异性检测，为进一步仪器优化研制与临床转化应用奠定坚实基础。

我国早期胃癌患者的发现率不到15%。如何发现早期胃癌是一个巨大的挑战。我课题组前期筛选出5个胃癌早期及中晚期的呼出气体标志物，证明PLCE1在胃癌变组织中高表达，在萎缩性胃炎组织中低表达。本项目在此基础上，拟开发出用于早期胃癌预警及辅助诊断的呼出气体标志物检测仪器。项目执行过程中，发表相关的SCI论文28篇，影响因子10分以上的论文5篇，获发明专利授权13项，软件著作权4项，研发的样机通过上海计量院的测试，通过临床验证，出版专著1部，获上海市技术发明奖1项，完成考核指标；被邀请在国际会议上作报告10次，国内会议邀请报告10次，培养博士后2名，博士生5名，硕士生10名。.主要研究内容与结果：.1. 对PLCE1蛋白酶的作用底物，进行了合成，表征，进行了安全性评价，证明合成的底物几乎无毒性；制备了金-银合金纳米粒子复合的多壁碳纳米管电极，对呼出气体标志物进行了检测，证明能够区分胃癌患者与健康人的呼出气体。.2.合成了带孔空心银微球，制备了含空心银微球的整体柱，结合微流控心芯片，开展了呼出气体标志物等的检测，证明很有效，获得发明专利授权。.3.制备了具有10个检测位点的微流控通道，购置了自动进样装置，搭建了呼出气体标志物拉曼光谱检测微流控芯片系统，经过临床标本测试，性能符合要求。.4. 采用质谱技术筛选出区分健康人、早期胃癌与进展期胃癌患者的呼出气体标志物；最终筛选出14种具有特征性拉曼光谱的呼出气体标志物，有效区分健康人、早期胃癌与进展期胃癌患者，获得发明专利授权。.5. 制备了呼气分析的拉曼仪器设备，开发了数据采集、分析软件，编写了呼出气体标志物拉曼光谱自动识别与定量分析软件；委托上海计量院，对研制的拉曼光谱仪进行了性能测试，获得测试报告，符合指标要求。.6. 制备了一种清洁、高效的表面增强拉曼散射传感器，实现了选择性吸附并增强呼气中的有机挥发性标志物拉曼检测信号，实现了健康人、胃癌早期患者与中晚期患者的有效识别与区分。.7. 临床试验验证：收集了不同地区的胃癌患者呼出气体200多例，不同地区健康人的呼出气体200多例，利用制备的传感器，结合研制的拉曼光谱仪，进行了临床试验，证明敏感性为83%，特异性为92%。