功能化纳米芯片的界面设计用于肿瘤细胞及生物标志物的分析

发布时间：2021-03-28 07:11

　　由于生物系统中的低丰度和高样本复杂性,肿瘤生物标志物检测难度极大,然而肿瘤生物标志物检测在疾病的诊断、药物筛选、预后评估和治疗手段选择等多方面有着重要作用。蛋白类和肿瘤细胞类作为两种主要的生物标志物在体内发挥着重要作用。多种技术如电化学传感器、质谱、蛋白质印迹法等方法应用于生物标志物的检测,然而,以质谱技术和蛋白质印迹法技术为例,受限于高昂的设备成本和复杂繁琐的操作。由于电化学方法其高灵敏、检测快速、操作简便等显著特点,被广泛应用于蛋白类生物标志物的检测。但在检测复杂生物样本中的低浓度生物标志物时,传统电化学传感器受限于有限的灵敏度和严重依赖昂贵且不稳定的抗体,因此开发新型高效无抗体电化学传感器用于蛋白类生物标志物的检测意义重大。循环肿瘤细胞是一种特殊的肿瘤细胞类生物标志物,其筛选方法一般需要先对血液中低浓度的细胞进行有效富集,再通过荧光等方法进行鉴别,主要需要解决以下问题:i)单细胞或者稀有细胞的高灵敏检测;ii)假阳性率;iii)细胞荧光成像低信噪比;iv)细胞荧光成像窄动态范围。与传统的循环肿瘤细胞筛选方法不同,富集的循环肿瘤细胞在磁力挤压过程中可以有效地调节细胞表面的生物标志物... 

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中国和美国2018年所有癌症预估的发病例数和死亡例数[1]

上海交通大学博士学位论文2图1-2亚洲部分国家2018年预估所有癌症发病例数和死亡例数[1]。Figure1-2.Estimatednumberofincidentcasesanddeathsallcancers,bothsexes,allagesforpartialAsiancountriesin2018.世界卫生组织明确指出了早发现、早诊断和早治疗的癌症治疗策略，因此做好早期筛查具有重要的意义[2]，癌症诊断技术可以规避在肿瘤中晚期治疗效果差且费用昂贵等问题。以癌中之王的胰腺癌为例，据统计，胰腺癌五年存活率只有6%左右，通过胰腺癌早诊，五年存活率可以提高30-40%[3]，大大改善生活质量和治疗效果。另外，以老龄人大肠癌为例则更加明显，如果对50岁及其以上无症状人群做早期大肠癌筛查，其死亡率可以降低60%，且发病率降低76%-90%[4]。同时由于中国较薄弱的诊断意识和其医疗水平有限（尤其是在经济欠发达地区）[5]，中国首诊癌症病人所占比例在10%以下，大部分的病人错失了癌症治疗的最佳时机。因此开发灵敏度高、特异性强、使用简便、无创/微创、价格亲民的癌症诊断方法迫在眉睫[6]。1.1.2肿瘤细胞及其生物标志物的检测意义癌症作为恶性肿瘤中最常见的一类，而肿瘤的主要成分是肿瘤细胞，恶性肿瘤本质即肿恶性瘤细胞。肿瘤细胞具有不受抑制，无限生长和无限繁殖的特点（图1-3）[7]，同时恶性肿瘤细胞的生长和分裂都快于正常细胞，导致快速增殖为恶性肿瘤。而恶性肿瘤对机体有诸多危害：i）破坏全身器官结构和功能；ii）转移并

上海交通大学博士学位论文3且侵蚀相邻器官，致使机体功能紊乱[8]；iii）阻塞和压迫（食管、血管等）[9]；iv）相应器官部位发热疼痛[8]；v）机体功能下降如贫血、消瘦、无力和免疫力降低等[10-14]。因此肿瘤细胞的分析对于恶性肿瘤的筛查和治疗至关重要[15]。图1-3肿瘤细胞和正常细胞不同的增殖方式。Figure1-3.Differentproliferationmodesoftumorcellsandnormalcells.生物标志物（biomarker）[16-18]是标记器官、组织、细胞及亚细胞发生结构和功能改变时可能发生改变的生化指标。换言之，生物标志物的激增或者显著变化可以作为肿瘤发生的信号[19]，提示肿瘤组织的细胞增殖分化[20]，具体而言，可能是某一生化反应发生显著性的代谢性变化，既可以是某一个体的单独现象，也可以是某个种群或者族群甚至生态系统的异常变化[21,22]。如图1-4a所示，生物标志物广泛存在机体内，如蛋白质、小分子化合物、各种酶、DNA、RNA和肿瘤细胞等[3,23,24]，同时生物标志物具有对特定靶向物质起作用的特异性、快速响应的高灵敏度等优点，在其用于诊断方面具有珍贵的临床前&临床重要性、高效的诊断预测性（图4-1b）[14,25,26]，可以广泛用于疾病的诊断、药物筛癣预后评估和治疗手段选择并且提供更加精准的治疗指导等[27-29]。图1-4生物标志物的种类、特性及其作用。Figure1-4.Thetypes,characteristicsandfunctionsofbiomarkers.

【参考文献】：
期刊论文
[1]A Plasmonic Mass Spectrometry Approach for Detection of Small Nutrients and Toxins[J]. Shu Wu,Linxi Qian,Lin Huang,Xuming Sun,Haiyang Su,Deepanjali D.Gurav,Mawei Jiang,Wei Cai,Kun Qian.  Nano-Micro Letters. 2018(03)
[2]Epidemic trend,screening,and early detection and treatment of cancer in Chinese population[J]. Xiao-Nong Zou.  Cancer Biology & Medicine. 2017(01)



本文编号：3105110