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近期，发表于《自然》子刊《Nature Communications》上的一项研究，为癌症早期诊断带来了令人眼前一亮的新方法。昆士兰大学的澳大利亚生物工程与纳米技术研究所(Australian Institute for Bioengineering and Nanotechnology，AIBN)的研究人员发现，多种癌症的癌细胞DNA都有一种特异性的结构，在此基础上开发出的一种简便诊断测试，有望成为普适性的癌症早期诊断方法。
“癌症是一类特别复杂、极其多变的疾病，因此很难找到一种所有癌症共有、但又有别于健康细胞的简单特征。”该研究的第一作者Abu Sina博士说。不过现在，他们找到了一种特征，几乎可以满足他们的要求。
▲本研究的三位作者(从左到右分别为Matt Trau教授，Abu Sina博士和Laura Carrascosa博士)来自昆士兰大学澳大利亚生物工程与纳米技术研究所
从肿瘤上脱落并进入外周血循环的癌细胞(即循环肿瘤细胞，简称CTC)是癌症的生物标志物之一。伴随着癌细胞分裂和死亡，细胞内的各种物质，包括DNA片段，被释放出来，也会进入血液循环。基于CTC的液体活检技术是近年肿瘤研究、尤其是癌症早期诊断的热门领域，比如通过测序检测血液中游离的DNA是否带有肿瘤特异的相关突变。
有一些科学家想到，可以借助DNA在表观遗传学上的变化帮助癌症诊断。在成熟细胞的DNA分子上，通常连着一些甲基基团，这种化学修饰可以调控基因的表达。而肿瘤DNA上的甲基化特征与来自健康组织的DNA不同。
AIBN的研究人员就从DNA甲基化的物理化学特征入手，找到了一种简便的区分方法。健康细胞的基因组中，DNA上的甲基基团大致均匀分布。但癌细胞的基因组中情况就不一样了，大部分DNA片段上甲基基团缺失，某些区域上则聚集着致密的甲基基团。研究人员检查了多种癌症的样品，发现这种纳米尺度的结构特点在乳腺癌、前列腺癌、结直肠癌和淋巴瘤等各类癌细胞DNA中都存在。
▲健康细胞的DNA和肿瘤细胞的DNA有不同的甲基化模式，因而在溶剂中有不同的折叠方式，导致与金表面的吸附能力不一样。
这种甲基基团分布的结构特点造成一个结果：循环肿瘤DNA分子和健康细胞DNA分子在溶液中形成的3D折叠形态不同，进而与裸露金属表面的吸附能力有差别。研究人员把来自外周血的DNA片段放入溶液，其中循环肿瘤DNA分子在致密甲基基团的影响下形成特殊的3D结构，被金箔电极所吸附，从溶液中分离出来。测量金箔吸附DNA后的电化学特性是否改变，不到10分钟就可以得出是否存在肿瘤DNA的分析结果。
接下来，研究人员开发了一种更直观的检测方法。“我们利用纳米金颗粒设计了一种简便的测试方法，溶液内存在肿瘤DNA形成的3D纳米结构时，会立刻变色。”昆士兰大学的化学教授、AIBN的联合创始人Matt Trau教授介绍。
在实验室测试中，只消一滴血，得到少量经纯化的DNA就可以通过溶液颜色看到检测结果。目前为止，研究人员已测试了200例肿瘤样品和正常DNA样品，在一部分癌症类型中准确率高达90%。
接下来，研究人员将评估这项技术应用于更多类型的癌症、癌症的各个时期、不同体液的效果，以及在预后评估上的应用。肿瘤以狡猾多变出名，癌症发展方式多种多样，是否所有肿瘤都有相同的甲基化模式还有待继续验证。并且，这种测试方法得到的结果只能告诉我们是不是有癌症存在，还需要进一步分析才能确定癌症的具体类型。不过，这项技术灵敏简便又快捷，很有潜力成为一种癌症早筛的替代方案。
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