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如果我们可以精确检测到血液中微量的肿瘤细胞，就可以在肿瘤发生的早期及时诊断，为肿瘤的治疗争取宝贵的时间。


早期诊断、合理治疗、随诊观察是决定肿瘤治疗成败的关键环节，离不开对癌细胞的精确检测。然而，目前的检测方法检测率不高、费用昂贵、多次抽血增加患者痛苦，对肿瘤治疗的帮助并不大。

  

  

  

10月18日，记者从中科院化学所获悉，该所研究员王树涛领导的研究小组利用特殊纳米结构在癌细胞的高效捕获与监测取得了诸多进展。接受《中国科学报》记者采访时，王树涛表示：“我们在国际上首次基于癌细胞表面结构，发展了与之匹配的纳米材料，有望在肿瘤检测和治疗过程中发挥作用。”

  

  

  

创新源于免疫系统

  

  

  

据王树涛介绍，癌细胞“捕手”的创新源于人体免疫系统本身。

  

  

  

当人体受到外来物侵入时，免疫系统便会启动。免疫细胞通过识别特定的外来物，产生特定的物质，指导身体识别并清除这些外来物。在生物学上，外来物被称为“抗原”，免疫细胞对应产生的物质则为“抗体”。而癌细胞也是能激发抗体产生的因素之一。

  

  

  

“生物学家已经筛选出几种癌细胞的特异识别抗体。”王树涛向《中国科学报》记者介绍。他看到，在过去的研究中，科学家也曾试图在分子水平上利用特异性抗体来识别癌细胞。不过，癌细胞检测效果一直不理想。

  

  

  

经中科院化学所“引进国外杰出青年人才计划”回国后，王树涛便致力于提高生物界面上癌细胞特异识别与黏附调控的效率。

  

  

  

在仔细考察了人体免疫细胞与肿瘤细胞的黏附界面后，他发现了过去研究的局限性。“免疫细胞在‘抓’住肿瘤细胞时，并不是两个球体简单的接触。”王树涛说，“而是有很多纳米伪足，癌细胞表面也有类似结构，这样的界面使它们能够牢牢结合。”

  

  

  

因此，受免疫细胞与肿瘤细胞的特异黏附界面启发，研究人员模仿这种结构复杂的界面制造出新的材料。例如，与癌细胞结构尺寸匹配的硅纳米线阵列表面制备成功，肿瘤细胞捕获效率达到45%左右。

  

  

  

分型结构帮大忙

  

  

  

2011年，美国克拉克森大学研究人员发现，癌细胞的表面存在着大量“分形”纳米结构，而正常细胞却没有。分形是与传统几何学相对的一个概念，即使将其分为大小不同的部分，每一部分的形状都和整体一样。雪花便是典型的分形结构。

  

  

  

这项研究发表后，王树涛认为，提高肿瘤细胞捕获效率又有了新的方向。随后，研究人员设计制备了与之相似的分形金纳米结构。“新黏附界面对肿瘤细胞的捕获效率达到63%，比之前制备的硅纳米线提高了大约20%。”他说。

  

  

  

在此基础上，研究人员还可以进一步结合微流控技术实现高于97%的细胞捕获效率。

  

  

  

更重要的是，通过施加微小的电压，被捕获的癌细胞几乎全部被释放。王树涛指出，这些高活性的细胞又可用于后续的进一步生物医学分析。10月17日，这项研究成果在国际学术期刊《先进材料》（Adv. Mater.）上发表。业内专家认为：“这项为循环肿瘤细胞的基因分析、抗癌药物的体外筛选提供了一个很好的平台。”

  

  

  

华中科技大学化学与化工学院教授夏帆对《中国科学报》记者表示：“这项技术对于癌症早期检测具有一定意义。”在此基础上，他们合作开发出“二次方循环放大”技术，用于乳腺癌细胞的单细胞水平检测。

  

  

  

未来发展空间广阔

  

  

  

谈到未来的发展，王树涛表示，这项研究还有很长的路要走。他至今仍在为获得更好的材料性能进行不断改进。“比如，使用高分子聚合物能使界面变得更软，使用纳米二氧化硅涂层能使界面变得透明，以进一步实现即时跟踪检测。”他说。

  

  

  

夏帆也认为，灵敏度和特异性是两个最重要的参数，也是广泛应用到临床的基础。

  

  

  

长期从事胃癌治疗的南京鼓楼医院主治医师杨觅对《中国科学报》记者表示：“临床上，我们迫切需要高效的肿瘤细胞血液检测技术。”

  

  

  

现有的肿瘤诊断大多根据影像学检查或血液中肿瘤标志物的检测，但当这些检测发现异常时，肿瘤往往已经难以治愈。“如果我们可以精确检测到血液中微量的肿瘤细胞，就可以在肿瘤发生的早期及时诊断，为肿瘤的治疗争取宝贵的时间。”杨觅说。

  

  

  

目前，王树涛开发的癌细胞捕获平台已经在国内外开展了100多例临床试验，临床医生正在海量的数据中探索癌症诊断的标准。

  

  

  

临床医生和基础科学工作者都期待，这项技术能尽快运用到临床，为人类健康发挥作用。