腫瘤標(biāo)志物檢測是癌癥早期篩查的重要手段之一，但目前的腫瘤標(biāo)志物檢測面臨著靈敏度不足和特異性有限雙重技術(shù)瓶頸。針對這一挑戰(zhàn)，齊魯師范學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院張艷教授團(tuán)隊(duì)受自然界蒲公英種子傳播機(jī)制啟發(fā)，研發(fā)出“蒲公英狀納米探針檢測平臺”。該成果日前發(fā)表于美國化學(xué)會(huì)旗下《分析化學(xué)》期刊上，其為解決生命科學(xué)領(lǐng)域的痕量分子檢測難題提供了創(chuàng)新性解決方案。

(資料圖)

何為蒲公英狀納米探針檢測平臺？其如何在癌癥早期診斷篩查中大顯身手？帶著這些問題，記者采訪了相關(guān)專家。

目標(biāo)瞄準(zhǔn)“搗蛋分子”

“人體細(xì)胞里有一種叫N6-甲基腺苷（m6A）的‘小記號’，它像便利貼一樣貼在基因上，能夠像指揮官一樣調(diào)控基因開關(guān)，既能約束癌細(xì)胞，也能放縱癌細(xì)胞。”張艷舉例說，比如某些能阻止癌細(xì)胞生長的抑癌基因需要掛著m6A標(biāo)簽，才能保持活躍狀態(tài)，從而有效阻止癌細(xì)胞異常增殖。但癌細(xì)胞很狡猾，它們會(huì)派出一種名叫FTO的去甲基化酶，這個(gè)“搗蛋分子”能夠像橡皮擦一樣擦掉m6A標(biāo)簽，導(dǎo)致抑癌基因失靈，癌細(xì)胞就開始瘋狂增殖、轉(zhuǎn)移，甚至化療藥物的治療效果都會(huì)因此大打折扣。尤其在膠質(zhì)瘤、白血病等癌癥中，F(xiàn)TO的破壞力更強(qiáng)，被專家稱為癌細(xì)胞的“幫兇”。

為了逮住這個(gè)“搗蛋分子”，張艷和同事們受蒲公英種子傳播的啟發(fā)，設(shè)計(jì)出超靈敏的“蒲公英狀納米探針”用于檢測FTO。張艷向記者解釋：“蒲公英種子成熟后會(huì)隨風(fēng)飄散，種子上的小絨毛能帶著種子找到新土壤。我們把這種‘主動(dòng)離散—精準(zhǔn)落地’的機(jī)制應(yīng)用到了癌癥早期檢測里。”

在她們的設(shè)計(jì)里，磁性微粒如同蒲公英的花托，可在表面攜帶能識別FTO的“特異性觸角”——即經(jīng)過設(shè)計(jì)的DNA序列。蒲公英的“種子”則是攜帶另一種DNA序列的金納米顆粒，每個(gè)“種子”上綁著熒光信號燈即熒光分子。當(dāng)“花托”和“種子”通過互補(bǔ)DNA“手拉手”連在一起時(shí)，會(huì)形成類似蒲公英冠毛球的聚集體。一旦檢測樣本里有FTO，“花托”上的識別觸角就會(huì)精準(zhǔn)識別并啟動(dòng)一系列反應(yīng)，其工作過程就像風(fēng)吹動(dòng)蒲公英一樣，把大量的“種子”從“花托”上“吹散”。

張艷提到，更巧妙的是，每個(gè)“種子”攜帶的熒光信號燈通過外切酶切割，能釋放更多熒光分子，把信號放大成“千倍煙花”。這樣一來，哪怕只有極少量的FTO，也能被“看得”一清二楚。

讓癌癥早篩像測血糖一樣簡單

“我們的研究目標(biāo)，是讓癌癥早期篩查能像測血糖一樣簡單。”張艷說，未來如果能在血液中檢測到FTO異常升高，可能就是癌癥的早期信號；更關(guān)鍵的是，通過檢測FTO水平，醫(yī)生還能根據(jù)患者FTO水平“定制”FTO抑制劑用量，讓治療效果最大化。

該項(xiàng)成果的研發(fā)者之一、齊魯師范學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院講師王新燕告訴記者，與傳統(tǒng)檢測方法相比，蒲公英狀納米探針具有多重優(yōu)勢。首先，其首次將蒲公英的種子傳播機(jī)制引入分子檢測領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了信號載體的高效富集與可控釋放；其次，通過納米載體多重負(fù)載和酶促級聯(lián)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)雙重信號放大，單個(gè)FTO分子可觸發(fā)指數(shù)級熒光信號的釋放；此外，通過磁性分離技術(shù)有效去除未反應(yīng)探針，并能過濾血液、組織液中的雜質(zhì)（如其他蛋白或酶），避免生物干擾，結(jié)合全內(nèi)反射熒光顯微鏡（TIRF）的單分子檢測模式，信噪比顯著提高。

“重要的是，蒲公英狀納米探針檢測平臺的應(yīng)用場景廣泛?！睆埰G說，該平臺既可以檢測純化的FTO，也可分析細(xì)胞裂解液和組織樣本提取物中的FTO，并且可以滿足抑制劑篩選和臨床診斷的多種需求。

張艷介紹，希望未來通過檢測血液中FTO的活性，就能揪出潛伏的癌細(xì)胞，還能用FTO抑制劑鎖死FTO的功能，相當(dāng)于給失控的癌細(xì)胞重新裝上m6A“剎車片”，從而抑制癌細(xì)胞增殖。

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