10分钟验癌技术刷屏！或可改写癌症早筛技术

   <p style="text-align: center;"><a href="/misc/goto?guid=5047997726487045517" title="科学探索之生物"><img alt="10分钟验癌技术刷屏！或可改写癌症早筛技术" src="https://simg.open-open.com/show/c03d8ccd9f5b6097c62c045b342c1293.png" /></a></p>    <p>这几天，美国的各大媒体都被一条科技新闻刷屏了：科学家发明了一种可以在 10 分钟之内检测几乎所有癌症的新技术。</p>    <p>由于有关的新闻报道铺天盖地，影响范围太大。也有不少科学家站出来呼吁，“大家先冷静一下，目前这个技术还在实验室阶段，离应用到临床还有很远的距离。”</p>    <p>无论如何，这个研究倒是真的。</p>    <p>北京时间，12 月 5 日，澳大利亚昆士兰大学 Laura G。 Carrascosa 和 Matt Trau 领导的研究团队在著名学术期刊《自然通讯》上发表论文称[1]，他们开发出了一套简单而廉价的癌症检测方法：基于肿瘤组织或血液 DNA 的甲基化状况，在 10 分钟以内就能判断受试者是否患有癌症！</p>    <p>而且，为了让这项检测更加便捷，研究人员还对这项技术做了改进：加入 DNA 之后，检测人员只需要根据颜色变化，就能判断受试者是否患癌。这项极致简单的技术有望帮助我们及早判断自己是否患有癌症，进而能及时治疗。</p>    <p style="text-align:center"><img alt="10分钟验癌技术刷屏！或可改写癌症早筛技术" src="https://simg.open-open.com/show/c5885401c2139efded1a43c39dc0dad4.jpg" /><br /> 左一是 Trau 教授（感觉他的实验服是临时找人借的��）另两位是文章共同第一作者</p>    <p>DNA 的甲基化大家已经很熟悉了。甲基化就像 DNA 的音量调节器一样，可以改变基因的表达模式，它可以使不需要的基因沉默，而加强需要的基因的表达。但是当甲基化出现异常时，细胞基因的表达就可能乱套，这正是很多疾病（包括癌症）发生的原因之一[2]。</p>    <p>DNA 上的甲基化位点繁多，正常组织与病变组织甲基化位点会展现出不同的模式，而模式的不同可以用来检测多种疾病。目前，甲基化测序已经成为检测癌症的重要手段[3]。我们今年就报道过多个基于 DNA 的甲基化对癌症进行精确诊断的研究。</p>    <p>不过，目前的甲基化检测方法都存在一个重要问题——过程太麻烦了，并且需要技术人员进行专业的操作。这就使得检测的成本较高，且耗费的时间较长。在没有感觉到身体异常时，人们可能不会选择这种检测方式。</p>    <p>因而，现在迫切需要一种更加简单、廉价的癌症筛查手段。</p>    <p style="text-align:center"><img alt="10分钟验癌技术刷屏！或可改写癌症早筛技术" src="https://simg.open-open.com/show/32cec44b9948aed627985054f28d8a2f.jpg" /><br /> DNA 的结构</p>    <p>甲基化对 DNA 物理化学性质的改变给人们提供了这样的机会。</p>    <p>我们知道，DNA 是一种链状的有机高分子化合物，时刻发生着聚合或解聚的变化。而甲基化可以改变 DNA 在溶液中的结构，柔韧性和三维构象等[4]。显然，癌症细胞 DNA 的甲基化状态相比正常细胞有很大不同，这很可能会反应到 DNA 的这些物理化学性质上。而对物理化学的检测极有可能会更加简单、方便。</p>    <p>Trau 博士团队先在体外验证了这种想法。他们分别提取肿瘤组织和正常组织的 DNA，纯化后用电镜进行观察，果然发现肿瘤组织 DNA 聚集的颗粒大小要远小于正常组织。而这与 DNA 的甲基化状态息息相关。</p>    <p>这表明确实可以通过 DNA 的物理化学性质来区分正常组织和肿瘤组织。而甲基化起到的作用是增加 DNA 的疏水作用[5]，以及减弱 DNA 对金属颗粒（如金粉）的吸附能力[6]。</p>    <p style="text-align:center"><img alt="10分钟验癌技术刷屏！或可改写癌症早筛技术" src="https://simg.open-open.com/show/86c667255ede7321c05b7af34714ac96.jpg" /><br /> 甲基化改变了 DNA 的吸附能力</p>    <p>两者 DNA 吸附能力的差异引起了研究人员的注意。</p>    <p>他们比较了不同肿瘤组织 DNA 的甲基化水平，发现肿瘤 DNA 的甲基化水平要明显低于正常组织，而对金纳米颗粒的吸附能力要更强。而这种吸附能力的不同可以通过电化学信号鉴别出来。</p>    <p>接着，研究者检验了电化学信号的辨别能力。他们取了 72 份癌症组织样本和相应的正常组织进行检测（包括 54 份乳腺癌组织，8 个前列腺癌组织，10 个淋巴瘤癌组织），发现对癌症组织检测的特异性相当高，曲线下面积达到了 0.909！</p>    <p>但是，有创的组织活检毕竟不太方便，要是这个方法能用于液体活检那就更完美了。</p>    <p>接着，他们收集了 100 份乳腺癌和结肠直肠癌患者的血浆游离 DNA （cfDNA），并将其与 45 例健康人的 cfDNA 进行比较。实验中仅用了 5pg（浓度 1pg/μl）的 cfDNA，经过 10 分钟的吸附后，便通过电化学信号分辨出了肿瘤组织，曲线下面积也达到了 0.887。液体活检的特异性也相当高！</p>    <p style="text-align:center"><img alt="10分钟验癌技术刷屏！或可改写癌症早筛技术" src="https://simg.open-open.com/show/76e60989b86eb784bc1b99ae6c39c68b.jpg" /><br /> 通过电化学实验，可以分别出肿瘤组织和正常组织的 DNA</p>    <p>但是，毕竟电化学信号检测也不算方便，是否有更简单的判断指标呢？</p>    <p>初中时做过化学实验的同学们可能还记得，发生反应时常常会引起颜色变化，观察颜色变化可是一个非常直观的指标。</p>    <p>于是，Trau 博士团队开发了一种胶体金试剂来指示 DNA 与金纳米颗粒的结合情况，试剂的原本颜色是红色，当从癌细胞中提取的 DNA 被加入时，溶液会保持原来的颜色。但是如果加入的是健康细胞的 DNA，由于 DNA 与金纳米颗粒结合方式的不同，溶液会变成蓝色。</p>    <p style="text-align:center"><img alt="10分钟验癌技术刷屏！或可改写癌症早筛技术" src="https://simg.open-open.com/show/018bb73b026ff0a2236ac5f51cb3a9de.jpg" /><br /> DNA 与金纳米颗粒的结合情况可以通过颜色展现出来</p>    <p>他们用 100 份样品检验这个系统的准确性，发现只需要用到 1pg cfDNA 就能起作用。可以说是简单到极致了。</p>    <p>不过，通过颜色变化判断的特异性稍稍低于电化学信号，曲线下面积是 0.785。研究人员后面会继续优化系统。</p>    <p>当然，这个方法还有一个局限，那就是它无法准确分辨出癌症的类型。但是，它可以作为一种筛查手段，当用这种方法检测出患者患有癌症后，可以用其它方法进一步检测，以确定癌症类型和分期。</p>    <p>而且，这个简单廉价快速的方法，不需要很多复杂的仪器和操作，能消除很多癌症检测上的障碍，显示了广阔的应用前景。</p>    <p>Trau 教授说道：“这是一个惊人的发现，这似乎是所有癌症的一个普遍特征”。这项技术展示了广谱的癌症检测能力，虽然还有更多的癌症类型需要被验证。[7]</p>    <p>参考资料：</p>    <p>[1]https：//www.nature.com/articles/s41467-018-07214-w</p>    <p>[2] Schubeler， D。 Function and information content of DNA methylation。 Nature517， 321–326 （2015）。</p>    <p>[3] Suzuki， M。 M。 & Bird， A。 DNA methylation landscapes： provocative insights from epigenomics。 Nat。 Rev。 Genet。 9， 465–476 （2008）。</p>    <p>[4] Lee， J。 Y。 & Lee， T。-H。 Effects of DNA methylation on the structure of nucleosomes。 J。 Am。 Chem。 Soc。 134， 173–175 （2011）。</p>    <p>[5] Ohno， S。， Hasegawa， S。， Liu， H。， Ishihara， K。 & Yusa， S。-i Aggregation behavior in water of amphiphilic diblock copolymers bearing biocompatible phosphorylcholine and cholesteryl groups。 Polym。 J。 47， 71–76 （2015）。</p>    <p>[6] Kimura-Suda， H。， Petrovykh， D。 Y。， Tarlov， M。 J。 & Whitman， L。 J。 Basedependent competitive adsorption of single-stranded DNA on gold。 J。 Am。 Chem。 Soc。 125， 9014–9015 （2003）。</p>    <p>[7]https：//www.theguardian.com/science/2018/dec/04/scientists-develop-10-minute-universal-cancer-test</p>    <p>奇点：50 万极客医生热爱的医疗科技媒体</p>    <p>本文作者    低温艺术家</p>    <p>来源：奇点网微信公众号</p>