纳米材料癌症传感器的病毒增强改善了早期检测

SUTD的研究人员开发了一种先进的乳腺癌细胞检测系统，该系统提高了速度和灵敏度，利用病毒机制提高了工具的传感准确性。

在全球抗击乳腺癌的斗争中，诊断工具的力量可以决定生与死。当癌症及早发现时，该疾病的生存率会大大提高，而治疗后检测对于验证治疗的有效性至关重要。

生物标志物在癌症研究中非常重要，因为它们有助于早期检测，并有助于指示治疗后的恶性细胞，以确定是否残留任何癌症痕迹。因此，获得敏锐的敏感性至关重要。然而，早期病例或治疗后的癌细胞相对数量通常很小，这使得它们的检测具有挑战性。

新加坡科技设计大学(SUTD)副教授DesmondLoke在最近的一篇论文中提出了解决该问题的新方法：“超短突发敏感M13-PEG-WS2驱动的MCF-7癌细胞传感器的形状互补过程，”发表于《纳米尺度》。

该项目的首席研究员洛克解释说：“大多数患者在早期阶段不会表现出症状，而现有的诊断技术可能不准确、昂贵且耗时，并且涉及影像学检查。”“该研究的目标是创建一个平台，可以在患者出现严重症状之前识别和治疗乳腺癌。”

为了开发具有尽可能高灵敏度的细胞检测系统，Loke领导了一个由来自SUTD的同事以及来自伦敦大学学院和A*STAR的合作者组成的研究团队，该团队使用可想象的最小规模的工具并使用纳米材料。目前用于癌细胞检测的技术是数字生物分子传感器(DBS)。

该机制的工作原理如下：化学识别元件识别这些分子，并将它们的相互作用转换成可以轻松测量和分析的数字信号。这项技术类似于分子水平上高度专业化的侦探工具，能够识别特定的生物目标，例如癌细胞蛋白，并将该信息转化为研究人员可用于诊断研究或监测的电信号。

然而，该系统对于低细胞计数群体并不是特别有用。研究小组假设一种新设计的系统，通过具有与特定癌细胞相互作用的病毒噬菌体链的高导电纳米材料的增强，可以产生更高的灵敏度。

增强该系统需要一种具有足够导电性的新型二维纳米材料，以与癌细胞类型强烈相互作用。研究人员决定使用二硫化钨，因为它具有高导电性并可用于光电晶体管和光热疗法。他们在二硫化钨片上配备了噬菌体结合的聚合物，作为正在测试的乳腺癌细胞类型的识别元件。将病毒剂或噬菌体组合聚合物整合到纳米材料中创建了一种称为基于噬菌体的DBS(P-DBS)的新系统。

“对于P-DBS技术来说，当将病毒添加到乳腺癌细胞样本中时，该病毒的蛋白质可以在乳腺癌细胞上表现出高度的特异性组装。然而，病毒蛋白表现出的特异性可能是足够高，可以在乳腺癌细胞上组装极少量的细胞，从而实现超高的传感精度，”Loke说。

该项目研究了乳腺癌细胞，因为病毒蛋白很容易在其表面组装，从而使P-DBS生物传感器平台和样本细胞之间的联系更加顺畅。Loke表示，这种形状互补效应可以实现“超准确采样，这对于早期癌症检测和疾病进展监测至关重要”。

必须满足四个标准才能认为生物传感器在临床环境中非常有效。生物传感器必须(1)对癌细胞蛋白的存在高度敏感，(2)在输出信号中产生明显的对比度，(3)确保高细胞活力，(4)在临床应用中常见的短读取时间内产生结果。

P-DBS勾选了所有选项，具有合理的灵敏度。这项新技术能够识别样本中癌细胞的存在，这些样本比其他基于电的癌细胞传感器的典型细胞群大小大约小74%。P-DBS在信号对比度方面也比其他基于电的癌症传感器高出58%。

这些令人印象深刻的结果可归因于病毒蛋白的特异性，研究人员证明，即使是最少数量的乳腺癌细胞也能聚集这种病毒蛋白，因此即使在早期阶段也表明癌症的存在。

“病毒驱动的二维材料传感器平台的创建可能代表着抗击乳腺癌的重大进步。如果这些发现在未来的临床研究中得到证实，那么该传感器可能成为识别早期乳腺癌的有价值的准确工具，”洛克补充道。

通过进一步的研究，他希望确认P-DBS系统广泛适用于不同的乳腺癌细胞类型。创新的生物传感器平台对于早期癌症诊断和监测具有重要意义，展示了纳米级生物分子传感器领域的一条有前途的途径。