動(dòng)畫制作『如何檢測(cè)癌癥早期癥狀？』健康知識(shí)mg動(dòng)畫科普

動(dòng)畫制作『如何檢測(cè)癌癥早期癥狀？』健康知識(shí)mg動(dòng)畫科普：

出品：科普中國

制作：蔣依婷(蘇州醫(yī)工所)

監(jiān)制：中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心

近期，中科院蘇州醫(yī)工所繆鵬課題組提出基于納米熒光調(diào)控的比率miRNA傳感策略來檢測(cè)早期腫瘤標(biāo)志物。在體系中添加熒光探針，如果目標(biāo)miRNA存在，原有的紅色熒光會(huì)變成黃色熒光，能較早較準(zhǔn)確地檢測(cè)出潛在腫瘤風(fēng)險(xiǎn)。相應(yīng)的研究成果已發(fā)表在期刊《Sensors and Actuators B: Chemical》上。

　　圖片來源：ELSEVIER

癌癥很可怕，能不能將它扼殺在“襁褓”中？

2019年1月，國家癌癥中心發(fā)布了最新一期的全國癌癥統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。與歷史數(shù)據(jù)相比，癌癥負(fù)擔(dān)呈持續(xù)上升態(tài)勢(shì)。近10多年來，惡性腫瘤發(fā)病率每年保持約3.9%的增幅，死亡率每年保持約2.5%的增幅。其中，肺癌占男性癌癥發(fā)病率首位，乳腺癌占女性癌癥發(fā)病率首位。隨著社會(huì)的發(fā)展，女性的肺癌發(fā)病率和乳腺癌發(fā)病率較以前顯著提高，宮頸癌等婦科腫瘤的發(fā)病率明顯下降，目前結(jié)腸癌和直腸癌的發(fā)病率較之前有所提升。

癌癥早期診斷是一種專門針對(duì)癌癥早期患者的診療方法，其目的在于早發(fā)現(xiàn)早治療，從而減輕患者的痛苦和精神、經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。乳腺癌早期治療10年生存率可達(dá)90%以上，而晚期乳腺癌的10年生存率不到30%甚至更低。早期癌癥病人治療后，不僅提高了病人的生存率，病人的生存質(zhì)量也得到了提高，所以控制癌癥，早期診斷很重要。

　圖片來源：Veer圖庫

如何檢測(cè)癌癥早期癥狀？

不同的癌癥，早期診斷方法有差異。食管癌早期診斷的最有效方法是胃鏡檢查，通過胃鏡、超聲內(nèi)鏡，可以很直觀的看食管的病變部位、病變范圍，從而診斷食管癌。肝癌可以通過檢測(cè)腫瘤標(biāo)記物血清甲胎蛋白(AFP)含量進(jìn)行早期診斷。由于早期診斷率明顯提高，手術(shù)切除率會(huì)隨之提高，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)的疾病后果亦獲得明顯改善。

腫瘤標(biāo)記物的檢測(cè)主要是針對(duì)于腫瘤生長(zhǎng)過程當(dāng)中產(chǎn)生的小分子物質(zhì)，如果濃度異常升高，則高度提示腫瘤存在的可能。在檢測(cè)過程中，即使診斷出腫瘤標(biāo)記物含量結(jié)果偏高也需要進(jìn)一步的完善影像學(xué)等方面的檢查，才能明確是否存在腫瘤。

單純的腫瘤標(biāo)記物檢測(cè)升高不一定就是腫瘤，還可能受到其他因素的影響，腫瘤標(biāo)記物的檢測(cè)一般需要抽血進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的檢查。傳統(tǒng)檢測(cè)方法是通過免疫學(xué)檢測(cè)來定量檢測(cè)血清中的腫瘤標(biāo)志物。放射免疫分析(RIA)是利用同位素標(biāo)記的與未標(biāo)記的抗原同抗體發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)性抑制反應(yīng)的放射性同位素體外微量分析方法，該方法靈敏度高、特異好，但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)交叉反應(yīng)、假陽性反應(yīng)，組織樣品處理不夠迅速等。酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定法(ELISA)是一種檢測(cè)體液中微量物質(zhì)的固相免疫測(cè)定方法，其核心就是讓抗體與酶復(fù)合物結(jié)合，然后通過顯色來檢測(cè)，該方法檢測(cè)速度快、費(fèi)用低廉、儀器簡(jiǎn)單易攜，但操作過程有些繁瑣，特異性和靈敏性有待提高?；瘜W(xué)發(fā)光免疫分析(CLIA)是在以上兩種方法的基礎(chǔ)上改進(jìn)的一種新方法，將具有高靈敏度的化學(xué)發(fā)光測(cè)定技術(shù)與高特異性的免疫反應(yīng)相結(jié)合，無放射性和致畸物質(zhì)，兼具以上兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，且產(chǎn)品有效期長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境無污染、對(duì)人體無毒無害，是目前體外診斷試劑檢測(cè)方法中的佼佼者，在技術(shù)上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

中科院蘇州醫(yī)工所這次提出的新型熒光檢測(cè)方法不僅能保證高靈敏度的檢測(cè)，還可用于miRNA在細(xì)胞內(nèi)的原位成像。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法的線性檢測(cè)范圍為10-11到10-8 M，最低檢測(cè)限濃度為2.8 pM。該方法與其他檢測(cè)方法相比具有更快速、靈敏的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)血清樣本中目標(biāo)miRNA濃度很低時(shí)也可以被快速檢測(cè)到。

圖片來源：Veer圖庫

檢測(cè)早期腫瘤用miRNA有什么優(yōu)勢(shì)？

微小核糖核酸(miRNA)是一類非編碼小分子RNA，是基因表達(dá)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。越來越多的報(bào)道指出miRNA在調(diào)節(jié)細(xì)胞分化、增殖和凋亡中起到關(guān)鍵作用，其異常表達(dá)往往發(fā)生在病理細(xì)胞中。此外，由于miRNA與其他長(zhǎng)鏈RNA相比非常穩(wěn)定，容易識(shí)別。因此它們被認(rèn)為是診斷多種疾病的理想標(biāo)志物。但是miRNA的相關(guān)特性如分子量小，表達(dá)量低和序列同源性高等，對(duì)高靈敏定量分析帶來巨大挑戰(zhàn)。

此次提出的新型熒光檢測(cè)方法利用了變色銀納米簇的熒光特性，可以通過發(fā)夾結(jié)構(gòu)DNA序列的打開或關(guān)閉而產(chǎn)生顏色變化，將信號(hào)生成與放大組合為一個(gè)步驟，極大地簡(jiǎn)化了程序并縮短了檢測(cè)時(shí)間。所合成的銀納米簇是以DNA為模板，具有較高的熒光量子產(chǎn)率，光穩(wěn)定性，可調(diào)熒光發(fā)射和良好的生物相容性等，有望廣泛應(yīng)用于光學(xué)傳感和生物醫(yī)學(xué)成像。

具體是如何檢測(cè)的？

該策略的檢測(cè)原理如下圖所示，發(fā)夾結(jié)構(gòu)信號(hào)探針上形成的銀納米簇顯示紅色發(fā)射光，使用發(fā)夾結(jié)構(gòu)的捕獲探針和輔助探針在一定的雜交反應(yīng)后進(jìn)行靶標(biāo)識(shí)別和信號(hào)放大，分離信號(hào)探針的A20NC和T20NC區(qū)域可以實(shí)現(xiàn)顏色由紅變黃的變化。顏色變化代表有靶標(biāo)miRNA序列的存在，打開的信號(hào)探針可以進(jìn)一步用于與另一個(gè)輔助探針雜交，并啟動(dòng)雜交鏈反應(yīng)，這有助于提高檢測(cè)的靈敏度。

我們可以把信號(hào)探針看做交警，把捕獲探針看做路上的違章拍照探頭，輔助探針當(dāng)做輔警。當(dāng)不同的車輛(miRNA)通過路口時(shí)，正常車輛通過不會(huì)有違章拍照;而當(dāng)有違章車輛(靶標(biāo)miRNA)通過時(shí)會(huì)被違章拍照探頭捕獲，從而引起交警和輔警的注意并作出相應(yīng)的處理(顏色變化)。

基于變色銀納米簇和雜交鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的比率傳感器傳感原理示意圖

　　圖片來源：ELSEVIER

該成果在針對(duì)病人的實(shí)際樣本檢測(cè)中，首先進(jìn)行病人血樣的采集，并進(jìn)行血清的簡(jiǎn)單分離和稀釋，然后直接將本方法中使用的幾種序列按比例混合，孵育反應(yīng)一段時(shí)間后，在不同激發(fā)波長(zhǎng)下進(jìn)行熒光光譜的采集。隨后分析數(shù)據(jù)，使用比率型指標(biāo)對(duì)特定miRNA進(jìn)行定量分析，如果特定miRNA含量越高，則可能患癌癥的概率也越大。

該方法提供了一個(gè)通用的檢測(cè)平臺(tái)，同樣適用于其他癌癥的早期檢測(cè)?？梢愿鶕?jù)不同癌癥存在的特異性miRNA序列設(shè)計(jì)相應(yīng)的信號(hào)探針、捕捉探針與輔助探針完成檢測(cè)平臺(tái)的構(gòu)建，從而實(shí)現(xiàn)多種癌癥早期檢測(cè)的目的。

參考文獻(xiàn)：

(1)Ying, Z. M.; Wu, Z.; Tu, B.; Tan, W. H.; Jiang, J. H. Genetically Encoded Fluorescent RNA Sensor for Ratiometric Imaging of MicroRNA in Living Tumor Cells. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 9779-9782.

(2)Liu, Y.; Shen, T.; Li, J.; Gong, H.; Chen, C. Y.; Chen, X. M.; Cai, C. Q. Ratiometric Fluorescence Sensor for the MicroRNA Determination by Catalyzed Hairpin Assembly. ACS Sens. 2017, 2, 1430-1434.

(3)Zhu, X. Y.; Wang, R. Y.; Zhou, X. H.; Shi, H. C. Free-Energy-Driven Lock/Open Assembly-Based Optical DNA Sensor for Cancer-Related microRNA Detection with a Shortened Time-to-Result. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 25789-25795.

(4) Liang, M. J.; Pan, M.; Hu, J. L.; Wang, F.; Liu, X. Q. Electrochemical Biosensor for MicroRNA Detection Based on Cascade Hybridization Chain Reaction. ChemElectroChem 2018, 5, 1380-1386.

(5) Yammouri, G.; Mandli, J.; Mohammadi, H.; Amine, A. Development of an Electrochemical Label-Free Biosensor for microRNA-125a Detection Using Pencil Graphite Electrode Modified with Different Carbon Nanomaterials. J. Electroanal. Chem. 2017, 806, 75-81.

(6) Lv, S. F.; Chen, F.; Chen, C. Y.; Chen, X. M.; Gong, H.; Cai, C. Q. A Novel CdTe Quantum Dots Probe Amplified Resonance Light Scattering Signals to Detect microRNA-122. Talanta 2017, 165, 659-663.

(7) Xu, S. H.; Nie, Y. Y.; Jiang, L. P.; Wang, J.; Xu, G. Y.; Wang, W.; Luo, X. L. Polydopamine Nanosphere/Gold Nanocluster (AuNC)-Based Nanoplatform for Dual Color Simultaneous Detection of Multiple Tumor-Related MicroRNAs with DNase-I-Assisted Target Recycling Amplification. Anal. Chem. 2018, 90, 4039-4045.

黃鶴樓動(dòng)漫星空癌癥早期癥狀mg科普知識(shí)動(dòng)畫制作：027-82730702；82720703 移動(dòng)/微信：139-9566-0877 企鵝QQ：76211136