从尿液检测中捕获癌症DNA来识别脑肿瘤

　　由日本名古屋大学的研究人员领导的一个小组利用纳米线开发了一种技术，可以从尿液样本中的癌细胞中捕获无细胞DNA。利用他们的技术，他们捕获了这些DNA，并成功地检测到IDH1突变，这是脑肿瘤的一种特征基因突变。他们的发现展示了一种安全、有效、无创的脑肿瘤诊断方法。

　　

由日本名古屋大学的研究人员领导的一个小组已经开发出一种技术，可以从尿液中捕获并释放纳米线表面的无细胞DNA (cfDNA)。通过提取这种DNA，他们能够成功地检测到IDH1突变，这是神经胶质瘤(一种脑肿瘤)的特征基因突变。他们的发现提高了利用尿液进行癌症检测的有效性。他们的研究结果发表在《生物传感器与生物电子学》杂志上。

脑瘤通常在出现症状后才进行检查，例如四肢瘫痪。但即使它们被发现，它们也往往是非常严重的，很难通过手术切除。在这些肿瘤中，最致命的是神经胶质瘤。这些肿瘤的平均生存时间低至12-18个月。因此，为了患者有生存的机会，早期发现是必要的。

由于许多患者都有常规体检，他们会提供尿液样本，这些样本可以有效地用于寻找脑肿瘤的证据。脑肿瘤的一个特征是cfDNA的存在，这是肿瘤在恢复细胞活力和处理旧的受损细胞时释放的小DNA颗粒。通常，宿主的cfDNA会被巨噬细胞清除，但在癌细胞的情况下，细胞分裂得如此之快，以至于有多余的剩余cfDNA会随尿液排出体外。

研究小组成员Takao Yasui教授说:“作为一种非侵入性的癌症检查方法，检测这些细胞已被美国食品和药物管理局批准用于癌症筛查、诊断、预后、监测癌症进展和治疗反应。”“然而，一个主要的瓶颈是缺乏从尿液中有效分离cfDNA的技术，因为排出的cfDNA可能很短，碎片化，浓度低。”

为了解决这个问题，一个由工程研究生院的Takao Yasui教授、Yoshinobu Baba教授和Hiromi Takahashi研究员组成的团队，以及名古屋大学未来社会创新研究所的Atsushi Natsume教授，与东京大学的Takeshi Yanagida教授和泰国Ladkrabang国王技术学院的Sakon Rahong副教授合作，利用氧化锌纳米线表面的捕获和释放方法捕获胶质瘤中的cfDNA和细胞外囊泡。

选择氧化锌是因为水分子吸附在氧化锌纳米线表面。然后这些水分子与尿液样本中的cfDNA形成氢键。然后，结合的cfDNA可以被洗掉，使研究人员能够从样本中分离出微量的cfDNA。

他们的技术取得了巨大的成功。Yasui说:“我们成功地分离出了尿cfDNA，这在传统方法中是非常困难的。”“虽然在之前的实验中，我们表明我们的纳米线可以捕获癌症细胞外囊泡，我们也在这个样本中发现了;令人惊讶的是使用类似的技术捕获cfDNA。当我们提取cfDNA时，我们检测到IDH1突变，这是胶质瘤中发现的一种特征性基因突变。这对我们来说是令人兴奋的，因为这是第一个从0.5毫升的尿液样本中检测到IDH1突变的报告。”

“这项研究通过使用化学、生物、医学和纳米技术，克服了目前使用方法的缺点，为临床使用尿液cfDNA提供了一种最先进的方法，特别是作为一种分析工具，促进癌症的早期诊断。”Yasui说。“虽然我们测试的是神经胶质瘤，但这种方法为检测肿瘤突变开辟了新的可能性。如果我们知道要寻找的突变类型，我们就可以很容易地将我们的技术应用于检测其他类型的肿瘤，特别是检测那些传统方法无法分离的肿瘤。”

Journal Reference:

1. Hiromi Takahashi, Takao Yasui, Masaki Hirano, Keiko Shinjo, Yusuke Miyazaki, Wataru Shinoda, Takeshi Hasegawa, Atsushi Natsume, Yotaro Kitano, Mikiko Ida, Min Zhang, Taisuke Shimada, Piyawan Paisrisarn, Zetao Zhu, Fumiharu Ohka, Kosuke Aoki, Sakon Rahong, Kazuki Nagashima, Takeshi Yanagida, Yoshinobu Baba. Mutation detection of urinary cell-free DNA via catch-and-release isolation on nanowires for liquid biopsy. Biosensors and Bioelectronics, 2023; 234: 115318 DOI: 10.1016/j.bios.2023.115318