最近，发表在《自然通讯》上的一项研究为癌症的早期诊断带来了一种新的令人兴奋的方法。昆士兰大学澳大利亚生物工程和纳米技术研究所(AIBN)的研究人员发现，各种癌症的癌细胞DNA具有特定的结构。在此基础上开发的简单诊断试验有望成为一种通用的癌症早期诊断方法。
“癌症是一种特别复杂和多变的疾病，因此很难找到一种所有癌症都具有的、但不同于健康细胞的简单特征。”这项研究的第一作者阿布·西纳博士说。但是现在，他们发现了一个几乎可以满足他们需求的特性。
从肿瘤上脱落并进入外周血液循环的癌细胞(循环肿瘤细胞，简称CTC)是癌症的生物标志物之一。随着癌细胞的分裂和死亡，细胞中的各种物质，包括DNA片段，被释放并进入血液循环。基于CTC的液体活组织检查技术是近年来肿瘤研究的一个热点领域，尤其是在癌症的早期诊断方面。例如，测序被用来检测血液中的游离DNA是否携带肿瘤特异性相关突变。
一些科学家认为，DNA的表观遗传变化可以帮助癌症诊断。成熟细胞的DNA分子通常带有一些甲基。这种化学修饰可以调节基因表达。肿瘤DNA的甲基化特征不同于健康组织的DNA。
AIBN的研究人员发现了一种简单的方法，可以根据DNA甲基化的物理化学特征来区分它。在健康细胞的基因组中，脱氧核糖核酸上的甲基大致均匀分布。然而，癌细胞基因组的情况不同。大部分的脱氧核糖核酸片段都缺少甲基，而一些地区甲基密集。研究人员检查了各种癌症的样本，发现这种纳米尺度的结构特征存在于各种癌细胞的DNA中，如乳腺癌、前列腺癌、结肠直肠癌和淋巴瘤。
▲健康细胞的DNA(上)和肿瘤细胞的DNA(下)具有不同的甲基化模式，因此它们在溶剂中具有不同的折叠模式，导致它们对金表面的吸附能力不同。
甲基分布的这种结构特征导致这样的结果:循环的肿瘤DNA分子和健康的细胞DNA分子在溶液中形成不同的3D折叠形式，因此与裸金属表面具有不同的吸附能力。研究人员将外周血中的DNA片段放入溶液中，在溶液中循环的肿瘤DNA分子在密集甲基的影响下形成特殊的三维结构，被金箔电极吸附并从溶液中分离出来。测量金箔吸附DNA后的电化学特性是否发生变化，可以在10分钟内得到肿瘤DNA是否存在的分析结果。
接下来，研究人员开发了一种更直观的检测方法。“我们设计了一种使用纳米金颗粒的简单测试方法。当溶液中有肿瘤DNA形成的三维纳米结构时，它会立即变色。”昆士兰大学化学教授、AIBN联合创始人马特·特劳教授介绍说。
▲当肿瘤DNA颗粒聚集成金纳米颗粒后，溶液的颜色变成红色(照片来源:昆士兰大学)
在实验室测试中，只需要一滴血就可以获得少量的纯化的DNA，测试结果可以通过溶液的颜色看到。到目前为止，研究人员已经测试了200个肿瘤样本和正常的DNA样本，在某些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对更多类型的癌症、癌症分期、不同体液的影响，以及它在预后评估中的应用。癌症以其狡猾和多变而闻名。癌症有多种发展方式。是否所有的肿瘤都有相同的甲基化模式还有待验证。此外，通过这种测试方法获得的结果只能告诉我们是否存在癌症，并且需要进一步的分析来确定癌症的具体类型。然而，这项技术灵敏、简单、快速，有很大潜力成为癌症早期筛查的替代方法。