納米材料的圖像（上圖）。癌細(xì)胞和病毒蛋白的屏幕截圖（左下圖）。癌細(xì)胞蛋白的能量特性（右下圖）。圖片來源：新加坡科技設(shè)計(jì)大學(xué)

SUTD的研究人員開發(fā)了一種先進(jìn)的乳腺癌細(xì)胞檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有更高的速度和靈敏度，使用病毒機(jī)制來提高該工具的傳感準(zhǔn)確性。

在全球抗擊乳腺癌的斗爭中，診斷工具的力量可以決定生與死。當(dāng)癌癥被早期發(fā)現(xiàn)時(shí)，疾病的存活率會大大提高，而治療后的檢測對于驗(yàn)證治療的有效性至關(guān)重要。

生物標(biāo)志物在癌癥研究中很重要，因?yàn)樗鼈冇兄�于早期檢測，并有助于指示治療后的惡性細(xì)胞，以確定是否有任何癌癥痕跡。因此，獲得敏銳的敏感性至關(guān)重要。然而，在早期病例或治療后，癌細(xì)胞的相對數(shù)量通常很少，這使得它們的檢測具有挑戰(zhàn)性。

新加坡科技與設(shè)計(jì)大學(xué)（SUTD）的Desmond Loke副教授發(fā)表在Nanoscale上的一篇論文“Shape complementarity processes for ultra-short-burst sensitive M13–PEG–WS2-powered MCF-7 cancer cell sensors”中提出了這個(gè)問題的新解決方案。

“大多數(shù)患者在早期階段不會表現(xiàn)出癥狀，現(xiàn)有的診斷技術(shù)可能不準(zhǔn)確、昂貴且耗時(shí)，涉及影像學(xué)檢查，”該項(xiàng)目的研究員 Loke 解釋說�！斑@項(xiàng)研究的目標(biāo)是創(chuàng)建一個(gè)平臺，可以在患者出現(xiàn)嚴(yán)重癥狀之前識別和治療乳腺癌。

為了開發(fā)具有高靈敏度的細(xì)胞檢測系統(tǒng)，Loke領(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)，該團(tuán)隊(duì)由SUTD的同事以及倫敦大學(xué)學(xué)院和A * STAR的合作者組成，他們使用可以想象的小規(guī)模的工具，并使用納米材料。目前用于癌細(xì)胞檢測的技術(shù)是數(shù)字生物分子傳感器（DBS）。

其機(jī)制如下：化學(xué)識別元件識別這些分子，并將其相互作用轉(zhuǎn)換為易于測量和分析的數(shù)字信號。這項(xiàng)技術(shù)類似于分子水平上高度專業(yè)化的檢測工具，能夠識別特定的生物靶標(biāo)，如癌細(xì)胞蛋白，并將這些信息轉(zhuǎn)化為電信號，研究人員可以使用這些信息進(jìn)行診斷研究或監(jiān)測。

然而，該系統(tǒng)對低細(xì)胞計(jì)數(shù)群體并不是特別有用。研究小組假設(shè)了一種新設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)將產(chǎn)生更高的靈敏度，并增強(qiáng)高導(dǎo)電性納米材料與特定癌細(xì)胞相互作用的病毒噬菌體鏈。

增強(qiáng)該系統(tǒng)需要一種新的2D納米材料，該材料具有足夠的導(dǎo)電性，可以與癌細(xì)胞類型發(fā)生強(qiáng)烈相互作用。研究人員決定使用二硫化鎢，因?yàn)樗�具有高�?dǎo)電性，可用于光電晶體管和光熱療法。他們?yōu)槎�硫化鎢片配備了噬菌體結(jié)合的聚合物，該聚合物可作為被測試的乳腺癌細(xì)胞類型的識別元件。將病毒劑或噬菌體結(jié)合的聚合物整合到納米材料中，創(chuàng)造了一種稱為基于噬菌體的DBS（P-DBS）的新系統(tǒng)。

“對于P-DBS技術(shù)，當(dāng)將病毒添加到乳腺癌細(xì)胞樣本中時(shí)，病毒的蛋白質(zhì)可以顯示出在乳腺癌細(xì)胞上組裝的高特異性。然而，病毒蛋白可能表現(xiàn)出足夠高的特異性，可以組裝在乳腺癌細(xì)胞上，用于非常少量的細(xì)胞，從而實(shí)現(xiàn)較高傳感精度，“Loke說。

該項(xiàng)目研究了乳腺癌細(xì)胞，因?yàn)椴《镜鞍缀苋菀拙奂�在其表面，從而使P-DBS生物傳感器平臺和樣本細(xì)胞之間的連接更加順暢。根據(jù)Loke的說法，這種形狀互補(bǔ)效應(yīng)允許“超準(zhǔn)確的采樣，這對于早期癌癥檢測和監(jiān)測疾病進(jìn)展至關(guān)重要。

須滿足四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)才能認(rèn)為生物傳感器在臨床環(huán)境中非常有效。生物傳感器須 （1） 對癌細(xì)胞蛋白的存在高度敏感，（2） 在輸出信號中產(chǎn)生明顯的對比度，（3） 確保高細(xì)胞活力，以及 （4） 在臨床應(yīng)用中常見的短讀取時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生結(jié)果。

P-DBS以合理的靈敏度檢查了所有方框。這項(xiàng)新技術(shù)能夠識別樣本中癌細(xì)胞的存在，這些樣本比其他基于電的癌細(xì)胞傳感器的典型細(xì)胞組大小小約74%。P-DBS在信號對比度方面也比其他基于電的癌癥傳感器高出58%。

這些令人印象深刻的結(jié)果可歸因于病毒蛋白的特異性，研究人員證明，即使是少量的乳腺癌細(xì)胞也會組裝，因此即使在早期階段也表明癌癥的存在。

“病毒驅(qū)動的2D材料傳感器平臺的創(chuàng)建可能代表著抗擊乳腺癌的重大進(jìn)展。如果這些發(fā)現(xiàn)在未來的臨床研究中得到證實(shí)，這種傳感器可能會成為識別早期乳腺癌的寶貴準(zhǔn)確工具，“Loke補(bǔ)充道。

通過進(jìn)一步的研究，他希望證實(shí)P-DBS系統(tǒng)廣泛適用于不同的乳腺癌細(xì)胞類型。創(chuàng)新的生物傳感器平臺對于早期癌癥診斷和監(jiān)測具有重要意義，在納米級生物分子傳感器領(lǐng)域展示了一條有前途的途徑。