圣母大学的研究人员开发了一种新型的自动化设备，能够在不到一个小时的时间内诊断出胶质母细胞瘤，这是一种快速生长且无法治愈的脑癌。胶质母细胞瘤患者在确诊后平均存活12-18个月。
诊断的关键是使用电动技术检测生物标志物或活性表皮生长因子受体(EGFRs)的生物芯片，这些生物标志物在某些癌症(如胶质母细胞瘤)中过度表达，并在细胞外囊泡中发现。
“细胞外囊泡或外泌体是细胞分泌的独特纳米颗粒。它们很大——比分子大10到50倍——并且带有弱电荷。我们的技术是专门为这些纳米粒子设计的，利用它们的特点来发挥我们的优势，”圣母大学拜耳化学和生物分子工程教授张雪嘉(Hsueh-Chia Chang)说，她是发表在《通讯生物学》上的这项诊断研究的主要作者。
研究人员面临的挑战是双重的:开发一种能够区分活性和非活性egfr的方法，并创建一种诊断技术，在检测血液样本中细胞外囊泡上的活性egfr时既灵敏又有选择性。
为了做到这一点，研究人员创造了一种生物芯片，它使用了一种廉价的电动传感器，大约是圆珠笔中的一个球大小。由于细胞外囊泡的大小，传感器上的抗体可以与同一细胞外囊泡形成多个键。该方法显著提高了诊断的灵敏度和选择性。
然后合成二氧化硅纳米颗粒“报告”捕获的细胞外囊泡上存在活性egfr，同时带来高负电荷。当具有活性egfr的细胞外囊泡存在时，可以看到电压移位，表明患者存在胶质母细胞瘤。
这种电荷传感策略最大限度地减少了当前使用电化学反应或荧光的传感器技术中常见的干扰。
“我们的电动传感器允许我们做其他诊断不能做的事情，”圣母院化学和生物分子工程研究副教授、该研究的合著者萨蒂亚乔蒂·塞纳帕蒂说。“我们可以直接加载血液，而无需任何预处理来分离细胞外囊泡，因为我们的传感器不受其他颗粒或分子的影响。它显示出低噪音，使我们的疾病检测比其他技术更敏感。”
总的来说，该设备包括三个部分:一个自动化界面，一个便携式机器的原型，用于管理运行测试的材料和生物芯片。每次测试都需要一个新的生物芯片，但自动化界面和原型是可重复使用的。
进行一次测试需要不到一个小时，只需要100微升的血液。每个生物芯片的材料制造成本不到2美元。
尽管这种诊断设备是为胶质母细胞瘤开发的，但研究人员说，它可以适用于其他类型的生物纳米颗粒。这为该技术检测其他疾病的许多不同生物标志物开辟了可能性。张说，该团队正在探索诊断胰腺癌和其他潜在疾病，如心血管疾病、痴呆和癫痫的技术。
Chang说:“我们的技术并不是针对胶质母细胞瘤的，但由于它的致命性和缺乏早期筛查测试，从它开始是特别合适的。”“我们的希望是，如果早期发现更加可行，那么生存的机会就会增加。”
用于测试该设备的血液样本由澳大利亚墨尔本奥利维亚牛顿-约翰癌症研究所脑癌研究中心提供。
除了Chang和Senapati，其他合作者还包括圣母大学的前博士后Nalin Maniya和Sonu Kumar;范德比尔特大学的杰弗里·富兰克林、詹姆斯·希金波坦和罗伯特·科菲;以及奥利维亚牛顿-约翰癌症研究所和拉筹伯大学的安德鲁·斯科特和甘慧。这项研究由美国国立卫生研究院共同基金资助。
Chang和Senapati隶属于巴黎圣母院的Berthiaume精密健康研究所、哈珀癌症研究所和NDnano。
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