Advanced Materials:全周血循环肿瘤细胞检测实现前列腺癌PSA灰区的高灵敏临床诊断

前列腺癌是男性常患的主要恶性肿瘤之一。前列腺特异性抗原(PSA)已被广泛应用于前列腺癌的早期诊断,在一定程度上降低了前列腺癌患者的死亡几率。对于50-60岁的男性患者,PSA检测在PSA灰色区(即PSA值在4-10 ng mL−1之间),具有较低的敏感性和特异性。良性前列腺增生和前列腺炎常被误诊为前列腺癌,造成过度诊断和治疗,既浪费了大量医疗资源又对病人身心造成极大伤害。在这种情况下,需要再次采用有损伤的穿刺活检来确诊。然而,这种入侵性穿刺活检常常会导致疼痛、出血以及肿瘤扩散。因此,迫切需要开发一种高准确率、无创的方法来早期诊断前列腺癌,尤其是PSA灰区前列腺癌。

中科院理化所王树涛研究员从2010年回国以来,长期致力于癌症早期诊断相关研究。针对如何分离检测血液中痕量循环肿瘤细胞难题,紧紧围绕着界面细胞粘附问题进行了深入的研究。提出了“拓扑匹配与分子识别协同”的细胞粘附界面的研究新思路,探讨了界面微纳结构、软硬度、浸润性等对细胞特异粘附的影响规律,构筑了系列高效特异细胞识别粘附界面(Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 3084; Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 2915; Adv. Mater. 2015, 27, 310;Nano Lett. 2016, 16, 766; Adv. Healthcare Mater. 2014, 3, 332; NPG Asia Mater. 2013, 59, e63;)。通过进一步将智能分子嫁接到多尺度表面上,利用其对外界刺激的响应性(如酶、热、电、糖/pH、光等),实现了对细胞特异粘附和去粘附的无损调控,解决了传统去粘附过程对细胞的损伤(Adv. Mater. 2011, 23, 4376; Adv. Mater. 2013, 25, 922; Adv. Mater. 2013, 25, 3566; J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 7603; Nano Res. 2017, 10, 1345)。利用二氧化钛的自清洁特性,实现了对纳米癌症检测芯片的无害化处理(ACS Nano 2015,9,9284)。自2015年以来,通过选择石墨烯为材料,结合结构匹配、软硬度匹配、浸润性调控,获得高的靶向细胞捕获效率(大于92%)与极低的白细胞粘附(Adv. Mater. 2015, 27, 6848),为后面的规模化制备以及临床应用指明了方向。

近日,中科院理化所王树涛孟靖昕研究员团队与北医三院马潞林张树栋教授团队交叉合作,利用马兰戈尼效应以及混合抗体修饰,制备了循环肿瘤细胞检测芯片,实现了高准确率、非入侵性的诊断PSA灰区的前列腺癌。通过与病人穿刺结果对照,将循环肿瘤细胞检测与PSA血液检测结果(PSA, F/T-PSA, PSAD)相结合,并用机械学习的方法进行数据分析,临床病人诊断的敏感性从PSA检测的58.3%提高到91.7%。该项研究提供了一种非入侵的选择,可以实现高准确率的诊断PSA灰区的前列腺癌病人。

图1. CTC 芯片用于高灵敏、非入侵诊断PSA灰区的前列腺癌的整体思路。根据作为金标准组织活检的结果,PSA测试对于灰区病人展示出了低的敏感性(58.3%)。相比而言,结合CTC检测结果与PSA的结果,并进一步用机械学习分析,发现诊断敏感性提升至91.7%。从而证明该研究方法是组织活检的有益补充。

本研究得到了国家重点研发计划(2019YFA0709300)和国家自然科学基金(21875269, 22035008, 82072828, 81972381, 21988102),中科院伙伴计划(1A1111KYSB20200010),中科院青促会项目(2017036)的大力支持。

论文信息:

Evaporation-Induced rGO Coatings for Highly Sensitive and Non-Invasive Diagnosis of Prostate Cancer in the PSA Gray Zone

Binshuai Wang#, Shudong Zhang#, Jingxin Meng*, Li Min, Jing Luo, Zhongpeng Zhu, Han Bao, Ruhua Zang, Shaohui Deng, Fan Zhang, Lulin Ma*, Shutao Wang*

Advanced Materials

DOI: 10.1002/adma.202103999

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202103999