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江蘇大學(xué)劉磊研究員團(tuán)隊(duì) Adv. Mater.：仿生復(fù)合膜用于腫瘤細(xì)胞分類捕獲和選擇分離-實(shí)現(xiàn)對(duì)癌癥的分子分型診斷
2023-12-17  來(lái)源：高分子科技

  作為“液體活檢”的重要臨床標(biāo)志物，循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTCs）的稀有性（正常血細(xì)胞中的十億分之一）和表型異質(zhì)性（不同的表面標(biāo)記物）使癌癥的精確診斷面臨極大挑戰(zhàn)。



  近日，江蘇大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，新材料研究院劉磊研究員團(tuán)隊(duì)將化學(xué)（分子識(shí)別），物理（微/納米拓?fù)湎嗷プ饔茫?/span>與機(jī)械（柔性）作用相結(jié)合構(gòu)建類細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的“軟”生物活性界面，識(shí)別并捕獲具有不同表面標(biāo)記物的CTCs并對(duì)其進(jìn)行分選，實(shí)現(xiàn)對(duì)癌癥的分子分型診斷。 


圖1. TSF/MDBS捕獲異質(zhì)性CTCs的作用機(jī)理。


  該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種TiO2納米管/絲素蛋白柔性復(fù)合膜，通過(guò)PDA化學(xué)和多重可逆共價(jià)相互作用將腫瘤細(xì)胞靶向生物標(biāo)志物“上皮生物標(biāo)志物”和“人上皮生長(zhǎng)因子受體2”（HER2）固定在膜表面，以簡(jiǎn)單環(huán)保的方法制備了具有多重動(dòng)態(tài)生物活性表面的TiO2納米管/絲素蛋白柔性膜（TSF/MDBS）。該柔性膜可以被任意裁剪定制成所需的片段進(jìn)行應(yīng)用。


  在靶向肽和牛血清白蛋白（BSA）的聯(lián)合作用下大大增強(qiáng)了捕獲異質(zhì)CTCs的能力，并可通過(guò)添加果糖和谷胱甘肽破壞程序化釋放細(xì)胞。與硬基質(zhì)材料相比，柔性膜表現(xiàn)出增強(qiáng)的細(xì)胞增殖和捕獲能力，多靶點(diǎn)的界面鉚釘比單一靶點(diǎn)的界面設(shè)計(jì)相比，對(duì)溶液中異質(zhì)性腫瘤細(xì)胞捕獲能力提高一倍以上。在臨床應(yīng)用中，TSF/MDBS可以從癌癥患者的未經(jīng)處理的血液樣本中捕獲具有不同表型 （HER2+和HER2-）的CTCs，以區(qū)別HER2高表達(dá)或低表達(dá)，這可以應(yīng)用于癌癥的分子分型，即輔助診斷癌癥患者為HER2陽(yáng)性或陰性。并且，在有限的病人血樣中，我們的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與術(shù)后免疫組織化學(xué)染色結(jié)果高度一致，檢測(cè)準(zhǔn)確率為100%。結(jié)果證明，我們研制的柔性膜可用于腫瘤細(xì)胞的分選，為今后癌癥患者的預(yù)后和癌癥患者的分子分型診斷提供依據(jù)。它還揭示了多功能生物界面和智能復(fù)合膜的設(shè)計(jì)，可應(yīng)用于各種有前景的生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。


  該項(xiàng)工作以“A Bio-Inspired Free-Standing Film with Versatility: From Heterogeneous CTCs Programed Isolating to Breast Cancer Molecular Typing” (M. Bai, R. Qin, K. Cheng, Z. Wang, L. Zhang, X. Tian, F. Zhang, Y. Yang, S. Hou, J. Xu, L. Liu, Adv. Mater. 2023, 2309046)為題在線發(fā)表在Advanced Materials期刊上，江蘇大學(xué)材料學(xué)院在讀博士白蒙起為該工作的第一作者，鎮(zhèn)江市第一人民醫(yī)院秦蓉醫(yī)生為該工作的共同第一作者，該工作得到了江蘇省人民醫(yī)院徐建教授大力幫助。江蘇大學(xué)為該論文的第一單位和唯一通訊單位。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委的支撐。 


圖2. A) TSF/MDBS實(shí)物圖。B). 癌癥病人血液樣本中CTCs捕獲的機(jī)理圖示。C)癌癥病人血液樣本中捕獲的CTCs分類。

  該工作是團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于智能生物界面材料用于CTC檢測(cè)和分離的最新研究進(jìn)展之一。近年來(lái)該團(tuán)隊(duì)從智能生物分子響應(yīng)性體系的開(kāi)發(fā)（Nano Today 2018, 23, 40; Nano Lett. 2022, 22, 3707; Chem. Sci. 2023, 14, 10914），到功能性生物界面的構(gòu)建，創(chuàng)建了具有動(dòng)態(tài)生物活性的智能生物界面材料體系（Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 130, 8004; ACS App. Mater & Interfaces 2019, 11, 41019; Chem. Eng. J. 2020, 398, 125620），用于循環(huán)腫瘤細(xì)胞的特異性捕獲與分離。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)優(yōu)化生物界面功能，實(shí)現(xiàn)了電化學(xué)生物傳感界面用于快速監(jiān)測(cè)CTC的捕獲與釋放過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)CTC的快速無(wú)標(biāo)記的靈敏檢測(cè)（Sens. Actuators B Chem. 2021, 330, 129345）,于此同時(shí)開(kāi)發(fā)了仿生的鎖油防污和細(xì)胞捕獲的雙功能分區(qū)界面，實(shí)現(xiàn)了全血中抗血液非特異黏附下的痕量腫瘤細(xì)胞的靈敏檢測(cè)（Anal. Chem. 2023, 95, 5307）。近期，該團(tuán)隊(duì)在CTC液體活檢研究中，利用功能生物界面克服了CTC的稀有性問(wèn)題，進(jìn)一步利用仿生柔性復(fù)合膜技術(shù)（Mater. Horiz. 2023, 10, 512）來(lái)攻克CTC的異質(zhì)性給細(xì)胞檢測(cè)帶來(lái)的準(zhǔn)確性低的難題（Adv. Mater. 2023, 2309046. doi.org/10.1002/adma.202309046）。目前，團(tuán)隊(duì)正與江蘇省人民醫(yī)院合作，進(jìn)入了大批量臨床樣本檢測(cè)，希望該技術(shù)未來(lái)能用于臨床腫瘤患者的分子分型診斷。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202309046

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（責(zé)任編輯：xu）
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