基于外泌体的新血液检测设备将有望实现“滴血测胰腺癌”
预计到2030年，胰腺癌将成为美国第二位致命的癌症。胰腺癌很难治愈，很多患者直到晚期阶段才发现胰腺癌。但是由加利福尼亚大学圣地亚哥分校的研究人员开发的一项新的诊断测试设备有望实现早期发现该疾病。
目前，该检测仍处于概念验证阶段，它可以用一滴血液快速筛查出胰腺癌的生物标志物。它可以在不到一个小时内提供结果。这一发现最近在ACS Nano杂志上发表。
论文的第一作者，加利福尼亚大学圣地亚哥分校纳米工程系助理项目科学家Jean Lewis说：“能够治愈诸如胰腺癌等疾病的重要一步是早期发现。我们预计未来，医生可能会用快速的手指取血来进行这种类型的测试，诊断可能不知道自己患有此病的患者。”
早期癌症检测的血液检测，被称为液体活检，是目前研究中的热门话题。液体活检有可能在不必进行肿瘤活检等侵入性外科手术的情况下尽早发现癌症。为了筛选血液中的胰腺癌标志物，研究人员正在开发新的方法，包括收集和分析称为外泌体的纳米尺寸的生物结构，这些外泌体从人体内的所有细胞（包括癌细胞）释放。外泌体含有可用作检测癌症的生物标志物的蛋白质和遗传物质。
但是因为外泌体如此微小，它们很难从血液中被分离出来。目前的提取外泌体的方法是耗时的，并且需要在提取前对血液样品进行预处理或稀释。
加州大学圣地亚哥分校研究人员开发的测试使用基于电子芯片的系统在几分钟内直接从血液中提取外泌体。“我们只需使用一滴血即可，无需额外加工过程，”Jean Lewis说。“我们还可以在芯片上立即分析外泌体，并显示它们是否携带我们正在寻找的任何癌症生物标志物。”
作为加州大学圣迭戈雅各布工程学院的纳米技术研究人员，同时也是与加州大学圣地亚哥分校健康中心穆尔斯癌症中心的临床医生之间的跨学科合作伙伴，Lewis参与了该项目。该合作项目由加州大学圣地亚哥分校雅各布工程学院纳米工程名誉教授Michael Heller领导，他现在在俄勒冈健康与科学大学奈特癌症研究所工作。
Michael Heller说：“这项工作的创新之处在于，它基本上将所有复杂、冗长的外泌体样品制备步骤、外泌体分离和其他平台所需的最终测定解释结合为一个无缝的“样品提取+检测”的装置。我们已经开发了一个原型平台，可以将其转化为手持式、快速和相对便宜的胰腺癌血液检测设备。”
滴血测癌
测试过程很简单。在小电子芯片上滴上一滴血，打开电流，等待几分钟，添加荧光标签，并在显微镜下观察结果。如果血液样本检测为胰腺癌阳性，则会出现明亮的荧光圆圈。
图：用于该检测所需的实验室设备
“这项检查可以作为初步筛查策略，以确定哪些患者随后需要接受CT扫描、MRI或内窥镜检查等更昂贵和侵入性诊断。”外科肿瘤学家、外科副教授Rebekah White博士说。
该测试中使用的芯片通过施加交流电流进行工作，该交流电流选择性地将诸如外泌体的纳米颗粒从血液中拉出并且将它们沉积在芯片表面上的微小电极上。较大的血液颗粒被冲走，而较小的血液颗粒如外泌体被留下。然后研究人员用胰腺癌的两种蛋白质生物标志物的特异性荧光标记抗体进行检测：glypican-1和CD63。如果这些生物标志物存在，则可以在显微镜下看到抗体结合的色彩鲜艳的圆圈，表明有阳性结果。整个过程可以在一个小时内完成。
到目前为止，该团队仅在一小部分患者样本上测试了该系统。在一项针对31名患者的初步验证研究中，该芯片能够检测出20名患有胰腺癌的患者血液样本与11名患有癌症的患者血液样本。
未来的发展——早期癌症检测
但是该团队明确表态，本研究中筛选的生物标志物水平可能不代表早期癌症中的生物标志物水平。“从0级到I级癌症分级之间的这些生物标志物水平变化有多少？我们如何使我们的技术足够敏感以检测这些数量？我们正在进行更多的研究，以便妥善处理这些问题。”Michael Heller说。
接下来的步骤还包括更大样本量的研究，筛选来自癌症不同阶段的患者的更多样本，并优化和验证该技术以用于早期癌症检测。“做这些研究的挑战是抓住早期血液样本，当患者甚至不知道他们有这种疾病时，”刘易斯说。
“未来的工作需要从有胰腺癌高发风险因素的患者（新发糖尿病或有家族史、吸烟或肥胖）中获取血液样本，并在较长时间内持续采血。在患者随后诊断过程中，我们可以回过头来分析他们的诊断前血液样本，看看我们可以多早发现癌症生物标志物。”Rebekah White说。
除了glypican-1和CD63外，研究人员还在探索其他基于血液外泌体的生物标记物，以提高该系统对胰腺癌检测的准确性和灵敏度。
基于芯片的系统技术最初由加州大学圣迭戈雅各布工程学院校友Raj Krishnan在Michael Heller实验室进行博士研究期间利用交流电流从血液中识别癌症生物标志物的系统开发而来。 Krishnan共同创立并担任总部位于圣地亚哥的Biological Dynamics公司的首席执行官，该公司是Heller实验室的一个分支机构，于2010年获得该技术的许可。Biological Dynamics公司一直在开发基于芯片的新型诊断系统，该系统使用交流电流分离纳米颗粒、DNA和其他直接来自血液和其他生物流体的分子。在这篇发表于ACS Nano的论文中，加州大学圣地亚哥分校的研究人员利用生物动力学技术的外泌体分离方式开发了一种定制的胰腺癌检测方法。
前期报道：ACSNano：ACE芯片捕获血液外泌体并进行蛋白质标志物分析，能够快速检测胰腺癌
链接：http://www.exosomemed.com/4189.html
参考文献：
1. http://ucsdnews.ucsd.edu/feature/new-blood-test-rapidly-detects-signs-of-pancreatic-cancer
2. Lewis JM, Vyas AD, Qiu Y, Messer KS,White R, Heller MJ. (2018) Integrated Analysis of Exosomal Protein Biomarkerson Alternating Current Electrokinetic Chips Enables Rapid Detection ofPancreatic Cancer in Patient Blood. ACS Nano 12(4):3311-3320.
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