科学家发现通用检测方法：纳米金识别癌症DNA，仅需十分钟

澳大利亚昆士兰大学生物工程与纳米技术研究所（Australian Institute for Bioengineering and Nanotechnology，AIBN）的研究人员发现了一种独特的纳米尺度的DNA特征，普遍存在于所有的癌症中。基于这一发现，研究人员开发了一种新技术，10分钟内就能将癌症从任何组织类型（如血液或活检）中迅速而容易地检测出来。

这项研究得到美国国家乳腺癌基金会（National Breast Cancer Foundation）的资助，研究成果于日前发表在《自然通讯》（Nature Communications）杂志上。

AIBN研究人员、论文第一作者Abu Sina博士表示，“由于癌症是一种极其复杂多变的疾病，很难找到一种所有癌症都具有、但同于又有别于健康细胞的简单特征。”

为解决这一问题，Sina博士和等人与AIBN联合创始人Matt Trau教授及其研究组Laura Carrascosa博士从DNA甲基化的物理化学特征入手，共同致力于一种被称作“循环游离DNA”的物质。

昆士兰大学官网新闻稿提到，与健康细胞一样，癌细胞也处于死亡和更新的过程中。当癌细胞死亡时，它们会裂解并释放包括DNA在内的物质，这些释放出的DNA随后会进入血液循环。

实际上，从肿瘤上脱落并进入外周血循环的癌细胞，即循环肿瘤细胞（CTC），是癌症的生物标志物之一。基于CTC的液体活检技术也是近年肿瘤研究、尤其是癌症早期诊断的热门领域，比如通过测序检测血液中游离的DNA是否带有肿瘤特异的相关突变。

Carrascosa博士说，“我们进行了大量的研究，以确定是否有一些独特的DNA特征只存在于癌症中，而不存在于身体的其他部位。”

因此，研究团队研究了癌细胞和健康细胞基因组的表观遗传模式。换言之，他们寻找修饰DNA的甲基分子模式，这些甲基对细胞的功能很重要，它们是控制在特定时间点哪些基因开启或关闭的信号。

在健康细胞的基因组中，DNA上的甲基基团基本呈均匀分布。然而，AIBN研究团队发现，在癌细胞的基因组中，大部分DNA片段上甲基基团缺失，在某些特定的位置则有密集的甲基团簇。

研究团队发现，这种独特的特征出现在他们检测的每一种乳腺癌中，也出现在其他形式的癌症中，包括前列腺癌、结肠直肠癌和淋巴瘤的游离DNA中。

“事实上，我们检测到的每一个癌变DNA片段都具有这种高度可预测的模式。”Trau教授表示，“这似乎是所有癌症的一个普遍特征，这是一个惊人的发现。”

研究团队还发现，在溶液中，这些密集的甲基团簇会导致癌症DNA片段折叠成三维纳米结构，而这些纳米结构非常喜欢黏附在黄金上。

利用这一点，研究人员设计了一种试验方法，使用金纳米颗粒去检测，根据这些癌症DNA的三维纳米结构存在与否，金纳米颗粒会颜色会出现相应的变化。如果是肿瘤DNA颗粒接触到纳米金颗粒后，溶液颜色会呈红色。

Trau教授说，“这发生在一滴血液中，你可以用眼睛发现它，就这么简单。”

不过，该方法目前仅限于实验室中。目前为止，研究团队已经在200个不同类型的人类癌症和健康细胞样本上测试了这项新技术。在一部分癌症中，检测的准确率高达90%。

“它适用于组织来源的基因组DNA和血液来源的循环游离DNA。”Sina博士说，这项新发现可能会改变癌症诊断领域的游戏规则，虽然还不完美，但这是一个有希望的开始，而且随着时间的推移会越来越好。

“当然，我们还不知道它是不是适用于所有癌症诊断，但它看起来真的很有趣，因为它是一种非常简单的癌症通用标记，而且是一种非常容易获得、价格低廉的技术，不需要DNA测序等复杂的实验室设备。”Trau教授表示。