循環腫瘤細胞是液體活檢的重要臨床標志物。有沒有一雙靈活的大手，可以收放自如，既能牢牢抓住循環腫瘤細胞，又可以將它按需釋放?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，可以分類捕獲和選擇分離循環腫瘤細胞，實現對癌癥的分子分型診斷。相關研究成果在《先進材料》上在線發表。>>>商務洽談，點此處，在線咨詢
值得注意的是，在有限的病人血樣中，劉磊團隊的試驗數據和術后免疫組織化學染色結果高度一致，檢查準確率達到100%。
劉磊團隊在實驗室中制備多功能仿生柔性膜。課題組供圖
抓住它，早一步發出預警
癌細胞是一種變異細胞，有著容易轉移和擴散的特性，會經由體內循環系統或淋巴系統轉移到身體其他部分。轉移過程中，循環腫瘤細胞會從腫瘤組織上脫落進入血液中，如果能精準捕獲到循環腫瘤細胞，就能比體檢中常規的腫瘤標志物檢測更早一步地發出預警信號，發出提醒人體組織可能有癌變的風險。“循環腫瘤細胞非常稀少，僅僅占到正常血細胞的十億分之一;它也非常狡猾，有著不同的表面標記物，這種表型異質性意味著它會‘變裝’，一會穿上馬甲、一會帶上圍巾，很難識別。”劉磊告訴《中國科學報》，在臨床檢測中，由于循環腫瘤細胞稀有性和表面異質性的特性，使得癌癥精準檢測面臨極大挑戰。
抓住狡猾的循環腫瘤細胞，是檢驗和鑒別腫瘤的第一步。目前，國際市場上已有納米磁珠技術，利用磁場回收的方式抓取循環腫瘤細胞。但是，這一技術有個嚴重的缺陷，循環腫瘤細胞被無數個納米磁珠抓到后，細胞會吞噬磁珠，很難得到活的腫瘤細胞，更無法進一步分析里面攜帶著的寶貴的生物學信息。
他計劃設計個智能生物界面，明顯區別于磁珠，將功能性的東西修飾到界面上，“界面就像個靈敏的偵探，能夠準確識別循環腫瘤細胞，伸出大手緊緊地抓住他們，同時又能夠按需釋放，將循環腫瘤細胞從界面上脫落下來，為下游分析提供基礎”。
結構設計，受牙釉質啟發
劉磊團隊圍繞智能生物界面材料方向開展研究已有十年時間，近年來，從智能生物分子響應性體系的開發到功能性生物界面的構建，創建了具有動態生物活性的智能生物界面材料體系，用于循環腫瘤細胞的特異性捕獲與分離。“最開始，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。”論文第一作者、江蘇大學博士生白蒙起聯想到在前期研究中，團隊曾做過一種多功能膜，用于修復口腔中的牙釉質。受仿生牙釉質結構的啟發，他們在實驗室中制作界面，一層無機物一層蠶絲蛋白，層層疊加變成一張膜。
這種柔性膜結構牢固，集化學(分子識別)、物理(微/納米拓撲結構)與機械(柔性)作用為一體，此外還性能穩定、延展性好，拉伸應變可以接近80%、拉伸強度可以達到十幾個兆帕。實驗顯示，在靶向肽和牛血清白蛋白的聯合作用下，柔性膜大大增強了捕獲異質循環腫瘤細胞的能力，并可通過先后添加果糖和谷胱甘肽程序化釋放細胞。與硬基質材料相比，柔性膜表現出增強的細胞增殖和捕獲能力，多靶點的界面與單一靶點的界面設計相比，對溶液中異質性腫瘤細胞捕獲能力提高一倍以上。
“簡單地說，就是靠分子間作用力把循環腫瘤細胞牢牢抓在界面上，后期需要釋放的時候，又通過糖、酶、多肽等刺激剪斷這種聯系，把循環腫瘤細胞釋放出來。”白蒙起說。
臨床應用，有限樣本準確率為100%
人上皮生長因子受體2(HER2)是迄今為止被研究的比較透徹的乳腺癌基因之一。團隊通過PDA(聚多巴胺)化學和多重可逆共價相互作用，將靶向腫瘤細胞表面生物標志物“上皮生物標志物”和“人上皮生長因子受體2(HER2)”的特異性多肽固定在膜表面，以簡單環保的方法制備了具有多重動態生物活性表面的TiO2納米管/絲素蛋白柔性膜。該柔性膜可以被任意裁剪定制成所需的片段進行應用。
這項研究工作也得到了江蘇省人民醫院、鎮江市第一人民醫院的支持。在與醫院的臨床應用中，TiO2納米管/絲素蛋白柔性膜可以從未經處理的乳腺癌患者血液樣本中，捕獲具有不同表型(HER2+和HER2-)的循環腫瘤細胞，以區別HER2高表達或低表達，輔助診斷患者為HER2陽性或陰性，為醫生提供重要術后監測信息。
并且，在有限的病人血樣中，通過雙盲實驗，依靠團隊的實驗數據做出的診斷與依靠病人組織切片的免疫組織化學染色數據做出的診斷結果高度一致，檢測準確率為100%。江蘇省人民醫院徐建教授評價，“這為今后癌癥患者的預后和癌癥患者的分子分型診斷提供了依據”。
目前，在劉磊的實驗室中，通過TiO2納米管/絲素蛋白柔性膜，一滴血的用量、半天時間，即可給出乳腺癌患者血樣的檢測結果，并給出是否為HER2陽性的分子分型診斷。劉磊也表示，隨著實驗樣本的增加，團隊將在同樣界面上實現對不同類型的乳腺癌病理分型的全面快速檢測。
“不僅僅在檢測方面抓放循環腫瘤細胞，同時可以用特異性的形式把藥物修飾到界面上，在病理微環境的刺激下，定點釋放藥物，達到治療的效果。”劉磊期望，通過和臨床的進一步結合，這種多功能仿生柔性膜可以進一步優化和拓展實用性，為患者提供無損傷、快速便捷的治療方案。(來源：中國科學報 溫才妃 吳奕)
相關論文信息：https://doi.org/10.1002/adma.202309046
柔性復合膜捕獲異質性循環腫瘤細胞的作用機理。課題組供圖
多功能仿生柔性膜實物圖和用其捕獲癌癥病人血液樣本中循環腫瘤細胞的操作過程的圖示，以及相關結果。課題組供圖
來源：《先進材料》
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