密歇根大学的研究人员开发了一种新颖的方法，通过血液测试诊断肺癌，这种方法比以前的技术快10倍，灵敏度高14倍。
密歇根大学的研究人员推出了一种更快和更灵敏的肺癌诊断血液测试，其速度比旧方法快10倍，准确性高14倍。
密歇根大学创造了一种微芯片，该微芯片从血浆中收集外泌体——细胞释放的微小载体，以检测肺癌指标。
外泌体最初被认为是废物，但在过去十年中被揭示为细胞通讯中的关键因素，包含蛋白质以及DNA或RNA片段。健康细胞的外泌体在体内传递重要信号，而癌细胞的外泌体则可以通过为周围组织准备即将到来的肿瘤细胞来促进肿瘤生长。
“肿瘤释放的外泌体有助于准备周围环境，使癌细胞能够在这些更有利的条件下到达和生长，”密歇根大学化学与生物医学工程教授、发表在《Matter》期刊上的研究共同作者Sunitha Nagrath解释道。
外泌体内部和表面都含有蛋白质。这些表面蛋白质是手性分子，意味着它们会向右或向左扭转，从而与光产生独特的相互作用。
在癌性外泌体中，这些表面蛋白质通常会发生突变，改变其组成分子的排列，微妙地改变蛋白质的形状和手性。
这些区别可以通过它们对扭曲的或圆偏振光的反应来探测，这与蛋白质的扭转相匹配。该反应产生一个强信号，可以被检测到。然而，光信号通常较弱且难以分析。此外，由于外泌体的微小尺寸（通常在30到200纳米之间，即百万分之一毫米），从血液样本中分离外泌体非常复杂。
为了有效捕获这些外泌体，研究团队设计了形状像扭曲圆盘的金纳米颗粒（基于2022年《自然》研究中首次引入的设计），这些颗粒在中心腔体内包裹外泌体。由于其尺寸、形状和表面特性的几乎完美匹配，这些腔体有效地捕捉外泌体。
右手扭转的外泌体与右手扭转的光产生强烈共振，而对左手光的信号产生的反应则很小。这种独特的反应被称为圆二色性。嵌入腔体中的外泌体表面蛋白质可以根据其形状放大或减弱返回信号。位于微流体芯片的小通道中的这些金腔体捕捉了来自血浆的外泌体，并揭示了健康参与者与被诊断为肺癌患者样本之间的明显差异。
“尽管我预计纳米颗粒的光学特性会与蛋白质中的突变相关，但我对它们的灵敏度感到惊讶。这在很大程度上归因于纳米颗粒在检测设备中的统一取向，”密歇根大学化学科学与工程的Irving Langmuir杰出大学教授、研究共同作者Nicholas Kotov说道。
这些微流体芯片被称为CDEXO芯片，用于外泌体的圆二色性检测，具有区分肺癌中特定突变的潜力，使医生能够根据突变演变做出针对性的治疗决策。
研究人员希望最初将CDEXO芯片与传统诊断方法结合使用。随着其可靠性的证明，该芯片可用于筛查其他类型的癌症，提高早期发现率。
“我们的下一步是检查已知固体肿瘤突变蛋白的大多数光谱特征，以更好地理解它们的差异。这将使我们能够增强技术能力，以进一步区分这些蛋白质，”Nagrath表示。
Kotov还担任Joseph B. 和Florence V. Cejka工程教授，并且是大分子科学与工程的教授。Nagrath共同管理密歇根大学Rogel癌症中心的液体活检共享资源。
这项研究是在Lurie纳米制造设施和密歇根材料表征中心进行的，Rogel癌症中心提供了细胞系和临床专业知识的贡献。
