密歇根大学的研究人员称，一种通过抽血诊断肺癌的新方法比以前的方法快10倍，灵敏度高14倍。
密歇根大学开发的微芯片从血浆中捕获外泌体(细胞释放的微小包裹)来识别肺癌的迹象。
研究人员在过去十年中发现，外泌体曾被认为是从细胞中排出的用于清理的垃圾，它们是含有蛋白质或DNA和RNA片段的微小包裹，对细胞间的通信很有价值。尽管健康细胞外泌体在全身范围内传递重要信号，但癌细胞外泌体可以通过在肿瘤细胞到达之前准备组织接受肿瘤细胞来帮助肿瘤扩散。
“离开肿瘤微环境的癌症外泌体出去为土壤做准备。随后，癌细胞种子从肿瘤中脱落，通过血液在条件土壤中生长并开始生长，”密歇根大学化学和生物医学工程教授苏尼塔·纳格拉特说，他是该研究的共同通讯作者，发表在《物质》杂志上。
外泌体在包裹体内部和外表面携带蛋白质。像许多生物分子一样，这些表面蛋白质是手性的——这意味着它们有右旋或左旋——这使得它们以独特的方式与光相互作用。
在癌症外泌体中，表面蛋白经常发生突变，这意味着基因变化改变了组成蛋白质的分子的顺序。突变微妙地改变了蛋白质的形状，也改变了它的手性。
这些差异可以通过与扭曲或圆偏振光的相互作用来发现，这与蛋白质的扭曲相匹配。共振产生一个强信号返回到光探测器。然而，这些光的特征通常很弱，很难解释。此外，必须从血液样本中提取外泌体才能进行这种检测。这很棘手，因为外泌体很小——只有30到200纳米(一毫米的百万分之一)。
为了发现它们，研究小组设计了形状像扭曲盘的金纳米颗粒(改编自2022年《自然》研究中首次描述的结构)，可以捕获中心腔中的外体。由于在大小、形状和表面化学成分上几乎完美匹配，这些空腔可以可靠地捕获外泌体。
对于右旋光，它们与右旋光产生强烈的共振，但如果入射光具有左旋光，则不会发回太多信号。这种对扭曲光的不同反应被称为圆二色性。
捕获的外泌体上的蛋白质沉入腔中，可以根据它们的形状增强或减弱返回信号的强度。沿着微流控芯片的微小通道，这些金腔捕获了血浆中的外泌体，并揭示了健康研究参与者和肺癌患者提供的样本之间的不同特征。
“虽然我预计纳米颗粒的光学活性取决于蛋白质的突变，但我惊喜地发现它是如此敏感。这是由于纳米颗粒在检测设备中都以相同的方式定向，”尼古拉斯·科托夫说，他是密歇根大学欧文·朗缪尔杰出大学化学科学与工程教授，也是该研究的共同通讯作者。
这种微流控芯片被命名为CDEXO芯片，用于检测外泌体的圆形二色性，它可能能够区分特定的肺癌突变，帮助医生在突变发生时针对显性突变做出治疗决定。
研究人员设想，CDEXO芯片将首先与传统的诊断方法一起使用。随着人们对这项技术的信任不断增强，这种芯片可以用于筛查其他癌症，以提高早期检测。
“下一步，我们想看看大多数已知的实体瘤突变蛋白，以了解它们的光谱特征是如何不同的。从这里开始，我们可以推动技术进一步增加这些光谱差异，以区分蛋白质，”Nagrath说。
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