岳婕++劉麗煒

摘 要：針對癌癥的早期診斷是其治療的一大突破口，大量研究結(jié)果表明，早期診斷能大幅提高癌癥的治愈率。由于早期腫瘤體積較小和發(fā)病位置較隱蔽，導(dǎo)致常規(guī)檢測難度上升。近年來，隨著微流控技術(shù)的發(fā)展，其在生物標(biāo)記領(lǐng)域有著越來越重要的作用。文章主要對現(xiàn)階段幾種癌癥早期診斷的標(biāo)記技術(shù)進(jìn)行闡述，通過對比重點(diǎn)介紹了微流控技術(shù)在癌細(xì)胞標(biāo)記中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：早期診斷；微流控技術(shù)；癌細(xì)胞標(biāo)記

引言

全球癌癥報(bào)告預(yù)測全球癌癥病例將呈現(xiàn)迅猛增長態(tài)勢，同時(shí)指出中國已進(jìn)入癌癥高發(fā)國家行列，癌癥已成為威脅人類生命的主要病因之一。大量臨床的眾多數(shù)據(jù)證實(shí)，癌癥發(fā)病的初期階段其治愈率最高。從而針對癌癥的早期診斷方法研究已成為各國科研工作者重要的關(guān)注點(diǎn)之一。

1 癌細(xì)胞早期診斷方式

就早期診斷方式而言，其主要包括：分子診斷法、紅外光譜法、納米技術(shù)診斷法，以及微流控技術(shù)診斷方式。

1.1 分子診斷

分子診斷方法是指通過將分子檢測方式應(yīng)用于生物學(xué)領(lǐng)域，采用對患者體內(nèi)的親子代間遺傳信息物質(zhì)結(jié)構(gòu)來進(jìn)行診斷的生物技術(shù)，采用該方式可以有效針對癌癥的早期檢測、分類及治療方案制定提供相應(yīng)參考信息。分子診斷癌癥的關(guān)鍵是檢測腫瘤分子標(biāo)志物，可分為DNA、RNA和蛋白質(zhì)等幾類。主要表現(xiàn)在與正常細(xì)胞相比，原癌基因突變、表達(dá)量突增或抑制，以及基因甲基化等方面?，F(xiàn)階段，分子診斷技術(shù)主要基于基因芯片領(lǐng)域發(fā)展，成本高、相對開發(fā)難度大等問題都成為該技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要制約因素。

1.2 紅外光譜法

紅外光譜技術(shù)是一項(xiàng)可實(shí)現(xiàn)無損檢測的技術(shù)，通過對比正常組織細(xì)胞的光譜圖，來確定病變的部分。不但普遍地用于生物大分子的研究，如蛋白質(zhì)和核酸等，而且可以用于研究更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。從分子水平探討的致癌機(jī)理是由于癌變和正常細(xì)胞的光譜圖明顯的差異。該方法在分子水平上，針對細(xì)胞及組織檢測還需要進(jìn)一步的自動(dòng)化。

1.3 納米技術(shù)診斷法

納米材料由于其特殊優(yōu)勢在癌癥的診斷和治療等方面已取得較大研究進(jìn)展，其主要作用機(jī)理為采用一個(gè)早期檢測、靶向標(biāo)記體內(nèi)惡性細(xì)胞位置、投遞抗癌藥物，最終確定這些藥物高效性的治療系統(tǒng)。納米藥物具有顆粒小、比表面積大等特性。將納米材料應(yīng)用到癌癥的診斷時(shí)，需要解決該技術(shù)的生物相容性以及藥物的靶向性較低的問題。

2 微流控技術(shù)的癌細(xì)胞標(biāo)記應(yīng)用

目前對癌癥的檢查主要是基于單個(gè)標(biāo)志物的檢測，然而多基因的作用結(jié)果導(dǎo)致了腫瘤的發(fā)生。隨著基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展，基于多個(gè)分子標(biāo)志物的診斷分類模型無疑將成為未來癌癥診斷的熱門途徑。近年來發(fā)展的微流控技術(shù)，將其結(jié)合半導(dǎo)體量子點(diǎn)納米技術(shù)用于癌細(xì)胞早期診斷具有靈敏度高、試劑消耗少、并行檢測等特點(diǎn)。

2.1 微流控細(xì)胞培養(yǎng)

細(xì)胞水平的分析是生物學(xué)研究者不可或缺的一部分，與分子水平相比，它要求更少的時(shí)間以及勞力，且可以提供更可靠的結(jié)果分析。是細(xì)胞操控和分析的有利技術(shù)平臺開展，微流控芯片細(xì)胞培養(yǎng)是在片上進(jìn)行藥物輸送、熒光標(biāo)記等基礎(chǔ)。微流控細(xì)胞培養(yǎng)主要是進(jìn)行3D培養(yǎng)，3D培養(yǎng)方法可以更好地模擬復(fù)雜的細(xì)胞間基質(zhì)的相互作用，使得部分功能與人體原始組織體內(nèi)微環(huán)境非常相像，更有利于相關(guān)的研究。

2.2 微流控-量子點(diǎn)生物標(biāo)記

熒光分析法是生命科學(xué)領(lǐng)域十分重要的高靈敏度的檢測方法，能夠有效檢測生物體內(nèi)的核酸、多肽等生物分子，提高材料的發(fā)光強(qiáng)度以及穩(wěn)定性，能夠有效提高其檢測的靈敏度。而量子點(diǎn)具有優(yōu)良的光譜特性和穩(wěn)定性，被普遍運(yùn)用到生命科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域。有機(jī)染料在進(jìn)行多色分析時(shí)，會產(chǎn)生多種信號的交疊現(xiàn)象。而量子點(diǎn)標(biāo)記法可有效改善此類現(xiàn)象。

Zhang等開發(fā)了一種多核殼結(jié)構(gòu)，具有強(qiáng)熒光的量子點(diǎn)，結(jié)合微流控技術(shù)，進(jìn)行片上熒光特異性識別以及快速磁響應(yīng)來分選腫瘤靶細(xì)胞的功能。外層聚多巴胺既有效緩解了量子點(diǎn)的熒光猝滅，又為核酸提供多功能識別窗口，也降低了非特異性吸附。利用磁特性和特異性識別，改性納米探針用于標(biāo)記HL-60細(xì)胞，并將其從均勻的K562細(xì)胞和HL-60細(xì)胞混合液中分離出來。結(jié)合微流控芯片的高通量，10分鐘達(dá)到了98%的分離效率，與傳統(tǒng)的分離方法相比，有非常明顯的改善。這項(xiàng)研究提出了一個(gè)發(fā)展強(qiáng)熒光和磁性納米探針的可控性高度集成的創(chuàng)新微流控平臺，開辟一個(gè)用于生物標(biāo)記和細(xì)胞分離的非常有前途的探針。

3 結(jié)束語

利用微流控芯片可以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的培養(yǎng)與觀察，通過此方式對人體微環(huán)境進(jìn)行模擬。采用量子點(diǎn)標(biāo)記結(jié)合微流控通道的方式，可以有效實(shí)現(xiàn)人體環(huán)境中癌細(xì)胞生長及標(biāo)記模擬，因此對人體早期癌細(xì)胞標(biāo)記診斷帶來很大的研究價(jià)值。隨著微流控技術(shù)的發(fā)展，其在生物標(biāo)記檢測領(lǐng)域?qū)缪葜鼮橹匾慕巧?/p>

參考文獻(xiàn)

[1]Martin H C， Kim G E， Pagnamenta A T， et al. Clinical whole-genome sequencing in severe early-onset epilepsy reveals new genes and improves molecular diagnosis[J]. Human Molecular Genetics， 2014，23（12）：3200-11.

[2]Redin C， Gérard B， Lauer J， et al. Original article： Efficient strategy for the molecular diagnosis of intellectual disability using targeted high-throughput sequencing [J]. Journal of Medical Genetics， 2014， 51（11）：724-36.

*通訊作者：劉麗煒。