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江苏大学刘磊研究员团队 Adv. Mater.:仿生复合膜用于肿瘤细胞分类捕获和选择分离-实现对癌症的分子分型诊断
2023-12-17  来源:高分子科技

  作为液体活检的重要临床标志物,循环肿瘤细胞(CTCs)的稀有性(正常血细胞中的十亿分之一)和表型异质性(不同的表面标记物)使癌症的精确诊断面临极大挑战。



  近日,江苏大学材料科学与工程学院,新材料研究院刘磊研究员团队将化学(分子识别),物理(微/纳米拓扑相互作用)机械(柔作用相结合构建类细胞外基质(ECM)的“软”生物活性界面,识别并捕获具有不同表面标记物的CTCs并对其进行分选,实现对癌症的分子分型诊断。 


1TSF/MDBS捕获异质性CTCs的作用机理。


  该团队开发了一种TiO2纳米管/丝素蛋白柔性复合通过PDA化学和多重可逆共价相互作用将肿瘤细胞靶向生物标志物上皮生物标志物人上皮生长因子受体2HER2固定在膜表面,以简单环保的方法制备了具有多重动态生物活性表面的TiO2纳米管/丝素蛋白柔性膜(TSF/MDBS。该柔性膜可以被任意裁剪定制成所需的片段进行应用。


  在靶向肽和牛血清白蛋白(BSA)的联合作用大大增强了捕获异质CTCs的能力,并可通过添加果糖和谷胱甘肽破坏程序化释放细胞。与硬基质材料相比,柔性膜表现出增强的细胞增殖和捕获能力,多靶点的界面铆钉比单一靶点的界面设计相比,对溶液中异质性肿瘤细胞捕获能力提高一倍以上。在临床应用中,TSF/MDBS可以从癌症患者的未经处理的血液样本中捕获具有不同表型 HER2+HER2-)的CTCs以区别HER2高表达或低表达,这可以应用于癌症的分子分型,即辅助诊断癌症患者为HER2阳性或阴性。并且,在有限的病人血样中,我们的实验数据与术后免疫组织化学染色结果高度一致,检测准确率为100%结果证明,我们研制的柔性膜可用于肿瘤细胞的分选,为今后癌症患者的预后和癌症患者的分子分型诊断提供依据。它还揭示了多功能生物界面和智能复合膜的设计,可应用于各种有前景的生物医学领域。


  该项工作以“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)为题在线发表在Advanced Materials期刊上,江苏大学材料学院在读博士白蒙起为该工作的第一作者,镇江市第一人民医院秦蓉医生为该工作的共同第一作者,该工作得到了江苏省人民医院徐建教授大力帮助。江苏大学为该论文的第一单位和唯一通讯单位。该研究得到国家自然科学基金委的支撑。 


2A) TSF/MDBS实物图B)癌症病人血液样本中CTCs捕获的机理图示。C)癌症病人血液样本中捕获的CTCs分类。

  该工作是团队近期关于智能生物界面材料用于CTC检测和分离的最新研究进展之一。近年来该团队从智能生物分子响应性体系的开发(Nano Today 2018, 23, 40; Nano Lett. 2022, 22, 3707; Chem. Sci. 2023, 14, 10914),到功能性生物界面的构建,创建了具有动态生物活性的智能生物界面材料体系(Angew. ChemInt. Ed. 2018, 130, 8004; ACS App. Mater & Interfaces 2019, 11, 41019; Chem. Eng. J2020, 398, 125620),用于循环肿瘤细胞的特异性捕获与分离。在此基础上,团队优化生物界面功能,实现了电化学生物传感界面用于快速监测CTC的捕获与释放过程,实现对CTC的快速无标记的灵敏检测(Sens. Actuators B Chem. 2021, 330, 129345,于此同时开发了仿生的锁油防污和细胞捕获的双功能分区界面,实现了全血中抗血液非特异黏附下的痕量肿瘤细胞的灵敏检测(Anal. Chem. 2023, 95, 5307)。近期,该团队在CTC液体活检研究中,利用功能生物界面克服了CTC的稀有性问题,进一步利用仿生柔性复合膜技术(Mater. Horiz. 2023, 10, 512)来攻克CTC的异质性给细胞检测带来的准确性低的难题(Adv. Mater. 2023, 2309046. doi.org/10.1002/adma.202309046)。目前,团队正与江苏省人民医院合作,进入了大批量临床样本检测,希望该技术未来能用于临床肿瘤患者的分子分型诊断。


  原文链接:https://doi.org/10.1002/adma.202309046

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(责任编辑:xu)
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