构建多元指标联合检测的纳米电化学生物传感器用于乳腺癌的早期诊断

Breast cancer is one of the serious malignant tumors to women's health worldwide, with the morbidity rising year by year. The therapeutic effect of breast cancer more depends on the stage of the disease. The cure rate of early breast cancer reach more than 95 %, and get more chance of breast-conserving. Therefore, early diagnosis is extremely important. However, so far, the clinical commonly used diagnosis, such as mammography, dynamic enhanced MRI and biopsy method, have some disadvantages, including complicated operation, expensive equipment, invasion and more complications. Therefore, it is very important to develop a more accurate, simple, fast, economic, portable and non-invasive method for the increase of accurate rate and the implementation of nationwide large scale screening. In this research project, we will develop a multi-channel nano-electrochemical biosensor based on many signal amplificative methods, such as "enzyme assisted target sequence cycle", "DNA long-range self-assembly ","DNAzyme" and "nano palladium". By employed this sensor, the combined detection for four kinds of breast cancer related tumor markers such as proteins, genes, microRNA and growth factor will be realized. By comparing the levels of tumor markers in the blood samples of breast cancer group, benign breast disease group and healthy control group, we can establish a new method for early diagnosis of breast cancer.

乳腺癌是当前严重威胁全世界女性健康的恶性肿瘤之一，发病率呈逐年上升趋势。乳腺癌的疗效更多的取决于病期，早期乳腺癌的治愈率可达到95 %以上，并获得更多保留乳房的机会。因此，早期诊断极为重要。然而，目前临床上常用的乳腺钼靶、动态增强核磁共振和穿刺活检等方法，具有操作繁琐、设备昂贵、有创伤性、并发症多等缺点。因此，研究一种准确、简便、快速、经济、便携、非创伤性的检测新技术，对提高乳腺癌早期诊断的准确率和开展全国范围内尤其是经济欠发达地区的乳腺癌普查，具有极其重要的意义。本项目拟研制一种基于"酶辅助目标序列循环"、"DNA长距自组装"、"脱氧核酶"和"纳米钯"等信号放大技术的多通道纳米电化学生物传感器，并将其用于乳腺癌相关蛋白、基因、微小RNA和生长因子四种多元肿瘤标志物的联合检测。通过对比乳腺癌组、乳腺良性疾病组与健康对照组血液样本中各个标志物的水平，建立乳腺癌早期诊断的新方法。

乳腺癌，特别是三阴性乳腺癌早期症状很轻微或根本没有任何明显的症状，极易被忽略，错过早期治疗的最佳时期。所以，积极开拓“乳腺癌预防”新技术，实现早期发现、早期诊断、早期治疗是降低乳腺癌死亡率的关键环节。而基于肿瘤标志物检测的液体活检新技术是目前最有潜力的早期发现无症状肿瘤的方法。然而，仅通过一种标志物的检测结果诊断乳腺癌时，敏感性和特异性均较低，特别是对乳腺癌早期患者更容易漏检和误诊，难以满足临床实际的需要。为弥补单一检测的不足，课题组提出构建以电化学检测技术为主的各种DNA生物传感器，同时检测乳腺癌相关特异性表达基因c-erbB2基因、miR-21、外泌体内容物、转录因子（NF-κB）和血管内皮生长因子（VEGF）来诊断乳腺癌。经过4年努力，课题组设计了适合的探针做为靶分子识别元件，引入“DNAzyme模拟酶”、“酶辅助目标序列循环”、“无酶循环信号放大”、 “DNA长距自组装”、 “吖啶酮杂交指示剂”、“纳米金属簇”、“DNA纳米机器”和“稀土上转换纳米材料”等技术，有效的提高了DNA传感器的灵敏度和选择性。此外，课题组还将研制的传感器用于临床实际样本的检测，希望能通过对比乳腺癌患者与正常对照组样本中的相关标志物水平，评价其在临床检测中的实际应用价值，为研制超灵敏DNA生物传感器并最终应用于乳腺癌早期诊断和预后监测提供研究基础。虽然将这些传感器真正应用于实际中，还存在许多急待解决的问题，但是课题组相信伴随着电子技术的不断发展，这种便携式电化学和光学检测设备将不需要固定场所、不依赖专业人员，由此在实际应用中可对依赖大型仪器的检测设备形成补充，实现即时检验和精准医疗的目的，从而有效提高我国现有医疗体系的健康保障水平。