近年來，中外科學家都在想辦法從血液中準確找到循環(huán)腫瘤細胞。日前，江蘇大學材料科學與工程學院、新材料研究院研究員劉磊團隊研制出一款多功能仿生柔性膜。這種膜不僅擁有“火眼金睛”和“智慧大腦”，可以準確“生擒”循環(huán)腫瘤細胞，還具有媲美人體環(huán)境的仿生機制，能將循環(huán)腫瘤細胞毫發(fā)無損地帶回，并在實驗室“釋放”出來用作進一步檢測。在目前已開展的乳腺癌患者的血樣檢測中，該膜的檢測數(shù)據(jù)和術后免疫組織化學染色結果高度一致，準確率達到100%。同時，它可以分類捕獲和選擇性分離循環(huán)腫瘤細胞，實現(xiàn)對癌癥的分子分型診斷。相關研究成果在線發(fā)表于國際期刊《先進材料》。
捕獲“掉隊”的腫瘤細胞
眾所周知，癌細胞是一種變異細胞，有著容易轉移和擴散的特性，會經(jīng)由體內循環(huán)系統(tǒng)或淋巴系統(tǒng)轉移到身體其他部位。在轉移過程中，循環(huán)腫瘤細胞會從腫瘤組織上脫落進入血液。如果能精準捕獲到循環(huán)腫瘤細胞，就可比體檢中常規(guī)的腫瘤標志物檢測更早一步獲得預警信號，知曉人體組織可能存在癌變風險。
“但循環(huán)腫瘤細胞不僅數(shù)量少，而且非?！苹Ｋ哂胁煌谋砻鏄擞浳?，會‘變裝’，一會兒穿上‘馬甲’，一會兒披上‘外套’，很難識別。”劉磊介紹，由于循環(huán)腫瘤細胞具有稀有性和表面異質性的特點，使得循環(huán)腫瘤細胞檢測面臨極大挑戰(zhàn)。
抓住“狡猾”的循環(huán)腫瘤細胞，是檢驗和鑒別腫瘤的第一步。目前，國際上已有納米磁珠技術，即利用磁場回收的方式抓取循環(huán)腫瘤細胞。但這項技術有一個嚴重缺陷：無數(shù)個磁珠組成的“網(wǎng)”捕獲循環(huán)腫瘤細胞后，細胞會“誤食”直徑僅有百納米的磁珠，導致循環(huán)腫瘤細胞死亡。這樣一來，醫(yī)生就無法進一步分析細胞中攜帶著的寶貴生物學信息。
2018年，劉磊將研究目光聚焦到循環(huán)腫瘤細胞的抓取上。他計劃設計一個智能生物材料界面，集成靶向識別功能?！斑@種材料界面就像個高明的偵探，能夠準確識別循環(huán)腫瘤細胞，伸出‘大手’緊緊地抓住它們。同時又能夠按需釋放，使循環(huán)腫瘤細胞從界面上脫落下來，為下游分析提供基礎?！眲⒗谡f。
制出既堅固又柔軟的仿生膜
為了實現(xiàn)循環(huán)腫瘤細胞的捕獲與分離，劉磊團隊創(chuàng)建了具有動態(tài)生物活性的智能生物界面材料體系?！白铋_始，我們嘗試的是類似于玻璃片的石英片界面。但是石英片又大又脆，無法裁剪，使用極不方便?！闭撐牡谝蛔髡摺⒔K大學博士生白蒙起告訴記者，團隊曾制備出一種多功能膜，用于修復牙釉質。受仿生牙釉質結構的啟發(fā)，他們將一層二氧化鈦納米管和一層蠶絲蛋白疊加融合，制成了一張柔性膜。
這種柔性膜結構牢固、性能穩(wěn)定、延展性好，拉伸應變可接近80%，拉伸強度可達到十幾個兆帕。因此，該柔性膜可以被任意裁剪，制成需要的片段進行應用。與單一的硬基質材料相比，在這種柔性膜上可以添加各種功能蛋白，從而為提高捕獲能力打下基礎。同時，它還可以模擬人體的生理機制，創(chuàng)造出適合循環(huán)腫瘤細胞生存的微環(huán)境。
在實驗中，科研人員在柔性膜上添加了靶向肽和牛血清白蛋白。前者可以準確捕獲并識別循環(huán)腫瘤細胞，后者則具有良好的抗污能力，可確保靶向肽正常工作。為了提升柔性膜的捕獲能力，團隊設計了多靶點的界面。與單一靶點界面相比，多靶點界面對溶液中循環(huán)腫瘤細胞的捕獲能力提高了1倍以上。
“簡單來說，這種膜就是靠分子間作用力，把循環(huán)腫瘤細胞牢牢抓在界面上。后期需要釋放的時候，通過糖、多肽等刺激剪斷這種分子間作用力，把循環(huán)腫瘤細胞釋放出來。”白蒙起說。
智能高效識別癌癥病理分型
團隊在成功研發(fā)了多功能仿生柔性膜后，首先在乳腺癌領域開展了檢測實驗。乳腺癌是全球女性第一高發(fā)腫瘤。人上皮生長因子受體2（HER2）是迄今為止被研究得比較透徹的乳腺癌基因之一。區(qū)分乳腺癌患者HER2高表達或低表達，可以幫助醫(yī)生診斷患者是HER2陽性還是陰性。臨床中，有50%的HER2陽性患者極易發(fā)生腦轉移。因此，捕獲具有不同表型的循環(huán)腫瘤細胞，可為醫(yī)生提供重要的術后治療依據(jù)。
為此，劉磊團隊將靶向上皮生物標志物和HER2蛋白這兩種腫瘤細胞表面生物標志物的特異性多肽固定在膜表面，制備出具有多重動態(tài)生物活性表面的二氧化鈦納米管/絲素蛋白柔性膜。劉磊告訴記者，他們已與江蘇省人民醫(yī)院、鎮(zhèn)江市第一人民醫(yī)院開展合作，利用該膜對乳腺癌患者的血液樣本進行檢測。截至目前，他們已對10例病人的血樣進行了檢測，同時采集3例健康人的血樣開展雙盲實驗。實驗結果顯示，多功能仿生柔性膜做出的診斷，與依靠病人組織切片的免疫組織化學染色數(shù)據(jù)做出的診斷結果高度一致，檢測準確率達100%。江蘇省人民醫(yī)院教授徐建認為，這將為今后癌癥患者的預后和癌癥分子分型診斷提供依據(jù)。
在實驗室內，劉磊向記者展示了這種多功能仿生柔性膜如何進行檢測操作?？蒲腥藛T首先將1毫升血液樣本進行稀釋，得到4毫升稀釋血液并分成4份；再把膜剪切成0.5厘米見方的大小，分別投入4份稀釋血液中；2小時后將膜取出，在熒光顯微鏡下，就可以直觀地看到膜上是否有循環(huán)腫瘤細胞。
為了進一步分辨捕獲的細胞是否為循環(huán)腫瘤細胞和HER2高表達腫瘤細胞，科研人員用三色免疫法給細胞染色。利用特異性探針，就可以區(qū)分循環(huán)腫瘤細胞和白細胞，以及區(qū)分HER2高表達和低表達的腫瘤細胞，進而判斷患者是否為HER2陽性。
劉磊介紹，目前他們還在與相關醫(yī)院持續(xù)開展檢測實驗。隨著實驗樣本的增加，團隊將在同樣界面上實現(xiàn)對不同類型乳腺癌病理分型的全面快速檢測和判斷。
“這種膜不僅可以檢測腫瘤，還可以用于外傷給藥。通過特異性形式把藥物添加到界面上，在病理微環(huán)境的刺激下，就能實現(xiàn)定點釋放藥物，達到治療效果?！眲⒗谡f，通過和臨床的進一步結合，這種多功能仿生柔性膜還可以繼續(xù)優(yōu)化并拓展實用性，為患者提供無損傷、快速便捷的診療方案。
