有錢任性！識別癌症DNA，這種納米金顆粒只要10分鐘

來源：學術經緯

近期，發表於《自然》子刊《Nature Communications》上的一項研究，為癌症早期診斷帶來了令人眼前一亮的新方法。昆士蘭大學的澳大利亞生物工程與納米技術研究所（Australian Institute for Bioengineering and Nanotechnology，AIBN）的研究人員發現，多種癌症的癌細胞DNA都有一種特異性的結構，在此基礎上開發出的一種簡便診斷測試，有望成為普適性的癌症早期診斷方法。

「癌症是一類特別複雜、極其多變的疾病，因此很難找到一種所有癌症共有、但又有別於健康細胞的簡單特徵。」該研究的第一作者Abu Sina博士說。不過現在，他們找到了一種特徵，幾乎可以滿足他們的要求。

▲本研究的三位作者（從左到右分別為Matt Trau教授，Abu Sina博士和Laura Carrascosa博士）來自昆士蘭大學澳大利亞生物工程與納米技術研究所 （圖片來源：昆士蘭大學）

從腫瘤上脫落並進入外周血循環的癌細胞（即循環腫瘤細胞，簡稱CTC）是癌症的生物標誌物之一。伴隨著癌縱橫諜海和死亡，細胞內的各種物質，包括DNA片段，被釋放出來，也會進入血液循環。基於CTC的液體活檢技術是近年腫瘤研究、尤其是癌症早期診斷的熱門領域，比如通過測序檢測血液中遊離的DNA是否帶有腫瘤特異的相關突變。

有一些科學家想到，可以藉助DNA在表觀遺傳學上的變化幫助癌症診斷。在成熟細胞的DNA分子上，通常連著一些甲基基團，這種化學修飾可以調控基因的表達。而腫瘤DNA上的甲基化特徵與來自健康組織的DNA不同。

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AIBN的研究人員就從DNA甲基化的物理化學特徵入手，找到了一種簡便的區分方法。健康細胞的基因組中，DNA上的甲基基團大致均勻分布。但癌細胞的基因組中情況就不一樣了，大部分DNA片段上甲基基團缺失，某些區域上則聚集著緻密的甲基基團。研究人員檢查了多種癌症的樣品，發現這種納米尺度的結構特點在乳腺癌、攝護腺癌、結直腸癌和淋巴瘤等各類癌細胞DNA中都存在。

▲健康細胞的DNA（上）和腫瘤細胞的DNA（下）有不同的甲基化模式，因而在溶劑中有不同的摺疊方式，導致與金表面的吸附能力不一樣。（圖片來源：參考資料[1]）

這種甲基基團分布的結構特點造成一個結果：循環腫瘤DNA分子和健康細胞DNA分子在溶液中形成的3D摺疊形態不同，進而與裸露金屬表面的吸附能力有差別。研究人員把來自外周血的DNA片段放入溶液，其中循環腫瘤DNA分子在緻密甲基基團的影響下形成特殊的3D結構，被金箔電極所吸附，從溶液中分離出來。測量金箔吸附DNA後的電化學特性是否改變，不到10分鐘就可以得出是否存在腫瘤DNA的分析結果。

接下來，研究人員開發了一種更直觀的檢測方法。「我們利用納米金顆粒設計了一種簡便的測試方法，溶液記憶體在腫瘤DNA形成的3D納米結構時，會立刻變色。」昆士蘭大學的化學教授、AIBN的聯合創始人Matt Trau教授介紹。

▲腫瘤DNA顆粒聚集到納米金顆粒後，溶液顏色變成紅色（圖片來源：昆士蘭大學）

在實驗室測試中，隻消一滴血，得到少量經純化的DNA就可以通過溶液顏色看到檢測結果。目前為止，研究人員已測試了200例腫瘤樣品和正常DNA樣品，在一部分癌症類型中準確率鋼彈90%。

接下來，研究人員將評估這項技術應用於更多類型的癌症、癌症的各個時期、不同體液的效果，以及在預後評估上的應用。腫瘤以狡猾多變出名，癌症發展方式多種多樣，是否所有腫瘤都有相同的甲基化模式還有待繼續驗證。並且，這種測試方法得到的結果只能告訴我們是不是有癌症存在，還需要進一步分析才能確定癌症的具體類型。不過，這項技術靈敏簡便又快捷，很有潛力成為一種癌症早篩的替代方案。