The detection of the circulating tumor cells (CTCs) and study of heterogeneity of single CTCs are of great significance in the early cancer diagnosis, monitoring the cancer treatment and metastasis research. To achieve the above goal, the key issues are to sort the low concentration of CTCs from the complex peripheral blood (1-10 CTCs in 1E+09 normal blood cells) and to controllable release single CTCs. This project will develop new methods for the highly sensitive capture and accurate release of the CTCs in microfluidic chips. The microfluidic chips integrate the 3D biomimetic micro/nanostructure surfaces with multi-covalent multiple target molecules and photo-responsive molecules for the highly sensitive capture and accurate release of the CTCs. The 3D concave micro/nanostructure surface can topologically recognize the tumor cells, maximize increase the contact area and collision between the cells and the surfaces. By combining the multiple target molecules recognition, these methods can achieve rapid, efficient and sensitive capture of the CTCs and improve the stability of the methods. We will induce the photo-responsive molecules during the surface modification process while they can be cut off by the UV for the fast, efficient, precise and selective release of trace or single CTCs. Based on the principle, we will develop new approaches to calculate CTCs, detect the CTCs and study the heterogeneity of single CTCs in the molecular level. This project will provide new methods and ideas for the early cancer diagnosis and the study of the metastasis during the cancer progress.
循环肿瘤细胞(CTCs)的检测和单个CTCs异质性分析在癌症早期诊断、疗效监控及癌症转移研究等方面意义重大。从复杂的外周血中分选出痕量的CTCs(正常细胞的亿分之几)及选择性释放单个CTCs,是实现CTCs高灵敏检测和单细胞异质性分析的关键。本项目拟在微流控芯片上集成三维仿生微纳结构,结合多价、多种靶向分子及光响应分子修饰,构建针对痕量CTCs高灵敏、可靠性捕获及精确、可控释放新方法。利用三维仿生“凹面”微纳结构与肿瘤细胞“拓扑”匹配,最大限度增加与细胞接触面积和碰撞几率,整合多种靶向分子联合识别,“协同”实现CTCs快速、高效、高灵敏捕获,提升方法的稳定性。在表面修饰过程中引入光响应分子,通过紫外光将其切断,实现痕量或单个CTCs快速、高效、精确、选择性释放,同时对CTCs进行计数、分子水平检测及单个CTCs分子水平异质性分析,为癌症的早期诊断、预后监控及转移研究提供新的方法学和思路。
循环肿瘤细胞(CTCs)与癌症的发生、发展及转移密切相关。从复杂的外周血中分选出痕量的CTCs(正常细胞的亿分之几),是实现基于CTCs的癌症早期诊断和后续分析检测的关键。本项目通过模拟自然,采用玫瑰花瓣作为模板制备了仿生三维微纳米结构。同时在仿玫瑰花瓣三维多孔结构上生长氧化锌(ZnO)微纳米结构,构筑了三维层级多尺度结构的界面材料。利用仿生界面三维“凹面”微纳结构与CTCs的“拓扑”多尺度协同作用,最大限度增加了微纳界面与CTCs的接触。发展了合理、简单、可控的界面修饰方法,实现了对仿生界面特异性核酸适配体的高密度修饰,构筑了针对CTCs特异性识别的仿生微纳米界面。提出了协同“尺寸”分离与免疫识别共同作用的CTCs富集新策略。以乳腺癌细胞为模型,在三维仿生微芯片上实现了对痕量癌细胞高效、特异性捕获(捕获效率>90.5%)。捕获的癌细胞可以有效释放(释放效率~ 84.4%),并实现了对释放癌细胞的再培养。利用测序等方法对释放的癌细胞进行了基因突变检测。本项目评估了此方法在临床应用方面的潜力,对正常人和癌症病人的外周血进行检测,成功从21例癌症病人外周血中分选到CTCs,而6例正常人外周血中未捕获到CTCs。进一步构建了多价核酸修饰的仿生微纳界面,并集成到微流控芯片中,同时引入光控释放系统,实现了对表面功能化抗体或核酸适配体的有效释放,本方法可用于单个CTCs的定点、原位释放,实现单个CTC的异质性分析。此外,构建了基于碳点的蛋白质检测阵列,利用碳点和蛋白的相互作用导致荧光的变化,实现了对多种蛋白标志物的快速、有效区分,无需对碳点进行修饰,此方法可以实现对正常和癌症病人血清样品的区分,为癌症的大规模早期筛查提供了新的方法学。项目执行期间共发表学术论文10篇,其中影响因子大于10的3篇。申请国家发明专利1项。培养博士2名,硕士3名。本项目的完成为CTCs的高灵敏检测提供了新方法,为肿瘤的早期诊断、预后评估、疗效监控提供了新思路。
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数据更新时间:2023-05-31
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