10分鐘驗癌技術刷屏！或可改寫癌癥早篩技術

這幾天，美國的各大媒體都被一條科技新聞刷屏了：科學家發明了一種可以在 10 分鐘之內檢測幾乎所有癌癥的新技術。

由于有關的新聞報道鋪天蓋地，影響范圍太大。也有不少科學家站出來呼吁，“大家先冷靜一下，目前這個技術還在實驗室階段，離應用到臨床還有很遠的距離。”

無論如何，這個研究倒是真的。

北京時間，12 月 5 日，澳大利亞昆士蘭大學 Laura G。 Carrascosa 和 Matt Trau 領導的研究團隊在著名學術期刊《自然通訊》上發表論文稱[1]，他們開發出了一套簡單而廉價的癌癥檢測方法：基于腫瘤組織或血液 DNA 的甲基化狀況，在 10 分鐘以內就能判斷受試者是否患有癌癥！

而且，為了讓這項檢測更加便捷，研究人員還對這項技術做了改進：加入 DNA 之后，檢測人員只需要根據顏色變化，就能判斷受試者是否患癌。這項極致簡單的技術有望幫助我們及早判斷自己是否患有癌癥，進而能及時治療。

左一是 Trau 教授（感覺他的實驗服是臨時找人借的??）另兩位是文章共同第一作者

DNA 的甲基化大家已經很熟悉了。甲基化就像 DNA 的音量調節器一樣，可以改變基因的表達模式，它可以使不需要的基因沉默，而加強需要的基因的表達。但是當甲基化出現異常時，細胞基因的表達就可能亂套，這正是很多疾病（包括癌癥）發生的原因之一[2]。

DNA 上的甲基化位點繁多，正常組織與病變組織甲基化位點會展現出不同的模式，而模式的不同可以用來檢測多種疾病。目前，甲基化測序已經成為檢測癌癥的重要手段[3]。我們今年就報道過多個基于 DNA 的甲基化對癌癥進行精確診斷的研究。

不過，目前的甲基化檢測方法都存在一個重要問題——過程太麻煩了，并且需要技術人員進行專業的操作。這就使得檢測的成本較高，且耗費的時間較長。在沒有感覺到身體異常時，人們可能不會選擇這種檢測方式。

因而，現在迫切需要一種更加簡單、廉價的癌癥篩查手段。

DNA 的結構

甲基化對 DNA 物理化學性質的改變給人們提供了這樣的機會。

我們知道，DNA 是一種鏈狀的有機高分子化合物，時刻發生著聚合或解聚的變化。而甲基化可以改變 DNA 在溶液中的結構，柔韌性和三維構象等[4]。顯然，癌癥細胞 DNA 的甲基化狀態相比正常細胞有很大不同，這很可能會反應到 DNA 的這些物理化學性質上。而對物理化學的檢測極有可能會更加簡單、方便。

Trau 博士團隊先在體外驗證了這種想法。他們分別提取腫瘤組織和正常組織的 DNA，純化后用電鏡進行觀察，果然發現腫瘤組織 DNA 聚集的顆粒大小要遠小于正常組織。而這與 DNA 的甲基化狀態息息相關。

這表明確實可以通過 DNA 的物理化學性質來區分正常組織和腫瘤組織。而甲基化起到的作用是增加 DNA 的疏水作用[5]，以及減弱 DNA 對金屬顆粒（如金粉）的吸附能力[6]。

甲基化改變了 DNA 的吸附能力

兩者 DNA 吸附能力的差異引起了研究人員的注意。

他們比較了不同腫瘤組織 DNA 的甲基化水平，發現腫瘤 DNA 的甲基化水平要明顯低于正常組織，而對金納米顆粒的吸附能力要更強。而這種吸附能力的不同可以通過電化學信號鑒別出來。

接著，研究者檢驗了電化學信號的辨別能力。他們取了 72 份癌癥組織樣本和相應的正常組織進行檢測（包括 54 份乳腺癌組織，8 個前列腺癌組織，10 個淋巴瘤癌組織），發現對癌癥組織檢測的特異性相當高，曲線下面積達到了 0.909！

但是，有創的組織活檢畢竟不太方便，要是這個方法能用于液體活檢那就更完美了。

接著，他們收集了 100 份乳腺癌和結腸直腸癌患者的血漿游離 DNA （cfDNA），并將其與 45 例健康人的 cfDNA 進行比較。實驗中僅用了 5pg（濃度 1pg/μl）的 cfDNA，經過 10 分鐘的吸附后，便通過電化學信號分辨出了腫瘤組織，曲線下面積也達到了 0.887。液體活檢的特異性也相當高！

通過電化學實驗，可以分別出腫瘤組織和正常組織的 DNA

但是，畢竟電化學信號檢測也不算方便，是否有更簡單的判斷指標呢？

初中時做過化學實驗的同學們可能還記得，發生反應時常常會引起顏色變化，觀察顏色變化可是一個非常直觀的指標。

于是，Trau 博士團隊開發了一種膠體金試劑來指示 DNA 與金納米顆粒的結合情況，試劑的原本顏色是紅色，當從癌細胞中提取的 DNA 被加入時，溶液會保持原來的顏色。但是如果加入的是健康細胞的 DNA，由于 DNA 與金納米顆粒結合方式的不同，溶液會變成藍色。

DNA 與金納米顆粒的結合情況可以通過顏色展現出來

他們用 100 份樣品檢驗這個系統的準確性，發現只需要用到 1pg cfDNA 就能起作用。可以說是簡單到極致了。

不過，通過顏色變化判斷的特異性稍稍低于電化學信號，曲線下面積是 0.785。研究人員后面會繼續優化系統。

當然，這個方法還有一個局限，那就是它無法準確分辨出癌癥的類型。但是，它可以作為一種篩查手段，當用這種方法檢測出患者患有癌癥后，可以用其它方法進一步檢測，以確定癌癥類型和分期。

而且，這個簡單廉價快速的方法，不需要很多復雜的儀器和操作，能消除很多癌癥檢測上的障礙，顯示了廣闊的應用前景。

Trau 教授說道：“這是一個驚人的發現，這似乎是所有癌癥的一個普遍特征”。這項技術展示了廣譜的癌癥檢測能力，雖然還有更多的癌癥類型需要被驗證。[7]

參考資料：

[1]https：//www.nature.com/articles/s41467-018-07214-w

[2] Schubeler， D。 Function and information content of DNA methylation。 Nature517， 321–326 （2015）。

[3] Suzuki， M。 M。 & Bird， A。 DNA methylation landscapes： provocative insights from epigenomics。 Nat。 Rev。 Genet。 9， 465–476 （2008）。

[4] Lee， J。 Y。 & Lee， T。-H。 Effects of DNA methylation on the structure of nucleosomes。 J。 Am。 Chem。 Soc。 134， 173–175 （2011）。

[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）。

[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）。

[7]https：//www.theguardian.com/science/2018/dec/04/scientists-develop-10-minute-universal-cancer-test

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本文作者    低溫藝術家

來源：奇點網微信公眾號