用于检测癌症的迷你实验室

Marc Platthaus 0 2020-05-27

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迷你实验室

“Cando平台是指将迷你实验室与拉曼光谱仪联用，而无需另外的生物分子作为标记物。”Christoph Krafft博士，光学细胞诊断研究小组负责人，Leibniz光子技术研究所(IHPT)，Jena

在本刊杂志的采访中，Christoph Krafft 医生介绍了如何通过迷你实验室来诊断胰腺癌。

“Cando平台是指将迷你实验室与拉曼光谱仪联用，而无需另外的生物分子作为标记物。”

-------------Christoph Krafft博士，光学细胞诊断研究小组负责人，Leibniz光子技术研究所(IHPT)，Jena

LP《实验与分析》：胰腺癌高居癌症死亡率的第四位且很难诊断，您认为原因是什么?

Christoph Krafft: 胰腺包含在十二指肠进行消化性分泌的外分泌腺细胞以及生产激素并送入血液的内分泌组织的细胞。胰腺癌98%源自外分泌器官，其中大多数是恶性肿瘤。其确诊一般需要结合影像技术如超声波或电脑断层扫描，血液检查和活检。肿瘤诊出时通常已是2〜5cm大。它们可以长在十二指肠壁，渗入血管结构或腹膜并形成转移灶。由于这些原因，只有10到15%的肿瘤在确诊后还能手术治疗。不能手术的肿瘤对化疗回应不良。

LP《实验与分析》：什么是循环肿瘤细胞(CTC)，他们对癌症的诊断和治疗有什么意义?

KRAFFT 博士:在癌症进展阶段，癌细胞从癌变组织上脱落。它们进入体液如血液，尿液或淋巴液，并可在人体内蔓延。对体液进行分析以诊断疾病称为体液活检。液体活检相比于组织活检，其优点是更简单，所需的条件更微创，而且可以多次取样。循环肿瘤细胞会转移到其他器官而参入转移灶的形成。体液中的循环肿瘤细胞数量是一个癌症的恶性程度及预测的诊断标志。循环肿瘤细胞的技术可以用来识别原发器官。在某些情况下原发肿瘤太小而导致以后病症的转移。胰腺癌是一种仅在晚期表现症状的肿瘤。成像技术只能显示1厘米以上的胰腺癌。循环肿瘤细胞数也可以用于跟踪治疗过程。这在癌症治疗中对常常引起明显副作用的化疗和放疗尤为重要。如果循环肿瘤细胞数目在治疗过程中没有减少，这就意味着，该疗法是不成功的，应启动其他的治疗方案。

LP《实验与分析》：在“Cando”这个欧盟项目中，这种用于早期检测胰腺癌的迷你实验室中，您负责研究哪些特殊因子?

KRAFFT 博士:通过该项目建立一个体内方法和一个体外方法的平台，用于分离作为生物标志物的循环肿瘤细胞。利用拉曼显微镜测定其浓度。IPHT自2008年以来就探索借助于拉曼光谱进行细胞识别，已发表了众多有关的论文和专利。体外方法需用5ml血液，其中含有大约2千5百万个白细胞。我们面临的挑战是将其中稀少的循环肿瘤细胞(通常为1~10个)识别出来。首先是分离血红细胞，在迷你实验室将癌细胞预选后，将剩余的细胞固定在SERS(表面增强拉曼光谱)活性基板上。用激光照射具有纳米结构的金属表面时某些波长的电场增强，从而将所述吸附物的拉曼信号增加几个数量级。以这种方式，在几个毫秒的测量时间里记录强度相对较低的细胞拉曼光谱，可以检测到几千个细胞。

体内的方法则是使用一种由该项目的合作伙伴GILUPI提供的功能化的插管，将它插在手臂上的血管内。半小时后插管中流过约1.5L左右的血量。癌细胞被留在功能化的插管内。因为血容量增大了300倍，也增加了检出待测循环肿瘤细胞的可能性。捕获到的癌细胞从插管中转移至迷你实验室。

这第二种方法的优点在于用插管预选癌细胞, 则需用拉曼光谱仪研究的细胞数更少。这两种方法中拉曼光谱的作用相当于一种无标记物的细胞指纹。然后根据分类模型对癌细胞进行识别和量化。

LP《实验与分析》：与以前的检测方法相比，Cando平台有什么优势?

KRAFFT 博士:对胰腺癌来说目前还没有测试标准。全球仅存在一种公认的用于检测病人转移性乳腺癌、结肠癌和前列腺癌的循环癌细胞的方法。它采用不同抗体的调和物，与微米级铁粒子相连接，癌细胞被强磁铁从血液中提取出来并被加入另外的生物分子而染色，该法精度不高，提纯的样品中只有50%的癌细胞。很可能过程中很多癌细胞都被当成正常细胞而没被检测到。

Cando平台将迷你实验室与拉曼光谱仪联用，无需另外的生物分子作为标记物，分析过程中由于癌细胞的损失减少而提高了灵敏度。高灵敏度能够在胰腺癌的早期将其诊断出来，有利于制定更好的治疗方案。

Cando平台还包括第二种迷你实验室，它将细胞提取出来，然后通过滚环扩增和纳米光学生物传感器来进行高度特异性的核酸水平的分子生物学分析。这种方法可以对混有正常细胞的癌症细胞群进行分析。这两种迷你实验室都可做成盒式装置，可在便携设备上使用，仪器配有自动化的微流体泵和光学系统。

LP《实验与分析》：感谢Krafft博士接受我们的采访。

Christoph Krafft博士简历

Christoph Krafft 博士在Oldenburg大学完成物理学课程，在柏林Humboldt大学获得生物物理学博士学位，在Dresden 大学完成分析化学专业的教授资格答辩。 2000~2006年，他领导分子光谱新人研究小组，开发拉曼和红外光谱技术在生物医学领域的应用。2008年至今，他在Leibniz光技术研究所(IPHT)领导光谱和成像部门的光学细胞诊断研究组。

内容来源：LaborPraxis德文版

责任编辑：展源

审　　核：何发