基于功能化纳米金球的全血中循环肿瘤细胞的分离检测新方法研究

In this study, we will develop a new method by combining surface-functionalized Au nanotags and surface enhanced raman scattering(SERS) to detect sinlge targeted circulating tumor cells (CTC) in the presence of whole blood. We prepared SERS nanotags by coating 60-nm Au nanoparticles with Raman reporter molecules and antibodies EpCam-CD326.We have chosen nitrocellulose membrane as antibodies immobilization substrate to capture CTC. We will apply the new method to detect the non-small lung cancer cell NCI-H1650 in patient whole blood. Our technique may provide an new potential clinical tool for early diagnoses and optimized systemic therapy of cancer patients.

本研究拟发展一种表面修饰的功能化纳米金球作为特异性标签，结合表面增强拉曼光谱高灵敏度检测，建立对发生肿瘤转移中循环肿瘤细胞的检测新方法。本研究首先合成具有粒径合适(前期优化后选择60纳米)及良好分散的纳米金球，并在其表面先后进行具有双功能基团的信号分子以及抗体嫁接，实现金球表面的功能化修饰；选择醋酸纤维膜作为固载基底，通过在其上固定抗体实现特异性捕获目标肿瘤细胞（例如：非小肺癌细胞（NSCLC）NCI-H1650）；表面功能化的金球标签与目标细胞结合后产生增强的拉曼信号,利用特征拉曼光谱与成像进行定性定量检测。最后用该新方法对肺癌转移病人血液中的循环肿瘤细胞进行分析，实现快速、准确、低成本的诊断癌症。本研究的开展具有很高的临床意义，将对癌症病人预后指导及治疗方案的选择做出重要依据。

癌症已经成为人类健康的头号杀手，据统计，2012年全球有800多万人死于癌症，在我国每天有8000人成为癌症患者，癌症在当前社会已经成为人类健康的头号杀手。癌症致死的最主要原因是肿瘤的扩散和远处转移，常规的检测手段却很难及时发现。近年来循环肿瘤细胞（CTC）吸引了人们极大的关注，被视为癌症研究的biomarker。它与癌症的扩散和转移密切相关，是反映癌症病情发展的风向标，对其进行详尽研究对于癌症的早期诊断与治疗具有决定性的意义。但是这类CTC细胞数量少，1升全血中才含有10的3次方个CTC，因此对CTC的研究存在的主要科学问题一：其数量极少，检测背景干扰严重，常规的检测手段却很难及时发现。第二的科学问题，当前对肿瘤细胞的检测方法主要依赖形态学，检测灵敏度低、通量低。. 高效富集是针对第一个科学问题的解决方案，我们进行了一系列的研究，开发多种用于CTC捕获的材料与方法，包括：抗体功能化的硝酸纤维素膜为主体的CTC捕获芯片实现了高效捕获；适配体功能化的磁性纳米材料实现高效捕获的同时快速分离；树枝状分子修饰的强亲水性的磁性纳米粒子；以及三维网状高分子材料实现捕获效率高达87±5%，最大限度提高血液中CTC的捕获效率，且具有快速分离等优势。针对第二的科学问题，高灵敏度的表面增强拉曼散射SERS成像技术为快速规模化检测CTC提供了技术保障。开发了具有三明治结构的SERS探针，经SERS标记后再进行大范围SERS成像，成像精度非常高，可替代传统的荧光扫描成像；针对前列腺癌细胞表面三种不同抗原制备了三种具有不同SERS信号的探针；以及合成了带有炔基的拉曼标签，实现细胞拉曼静默区成像，该区域的背景干扰极少，检测灵敏度高，通过SERS成像技术分辨不同的癌细胞，实现了高灵敏度检测。研究工作发表后很多同行对该工作进行了积极的评价，例如，Hong教授在Advanced Review中大篇幅介绍我们的工作，认为是该工作实现了 超灵敏的、大规模的CTC捕获与检测，而且成功运用到全血样品中，效果很好，有望运用到临床检测中。