由日本名古屋大学研究人员领导的一个小组开发了一种技术，可以从尿液中捕获并释放纳米线表面的游离DNA(cfDNA)。通过提取这种DNA，他们能够成功检测IDH1突变，这是一种神经胶质瘤(一种脑肿瘤)的特征性基因突变。他们的发现提高了利用尿液进行癌症检测的有效性。他们在《生物传感器和生物电子学》杂志上发表了他们的研究结果。
脑肿瘤通常仅在出现症状(例如四肢瘫痪)后才进行检查。但即使被发现，它们也往往已经发展到晚期，很难通过手术将其切除。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，为了让患者有生存的机会，早期发现是必要的。
由于许多患者都会进行常规体检并提供尿液样本，因此这些样本可以有效地用于寻找脑肿瘤的证据。脑肿瘤的特征之一是存在cfDNA，这是肿瘤恢复细胞活力并处理旧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，但对于癌细胞来说，细胞分裂得如此之快，以至于会产生多余的剩余cfDNA，并通过尿液排出体外。
“这些细胞的检测作为一种非侵入性的癌症检查方法，已获得美国食品和药物管理局的批准，可用于癌症筛查、诊断、预后以及监测癌症进展和治疗反应，”成员TakaoYasui教授说。研究小组的负责人说。“然而，一个主要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、碎片化且浓度低。”
为了解决这个问题，由工程研究生院的TakaoYasui教授、YoshinobuBaba教授和HiromiTakahashi研究员以及名古屋大学未来社会创新研究所的AtsushiNatsume教授组成的团队与Takeshi教授合作东京大学的Yanagida和泰国Ladkrabang先皇技术学院的SakonRahong副教授在氧化锌(ZnO)纳米线表面使用捕获和释放方法来捕获神经胶质瘤中的cfDNA和细胞外囊泡。
选择ZnO是因为水分子吸附在ZnO纳米线的表面。然后这些水分子与尿液样本中的任何cfDNA形成氢键。然后可以将结合的cfDNA洗掉，从而使研究人员能够分离出样品中的微量cfDNA。
他们的技术取得了巨大的成功。“我们成功地分离了尿液cfDNA，这对于传统方法来说是极其困难的，”Yasui说。“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这一点;令人惊讶的是使用类似的技术捕获了cfDNA。当我们提取cfDNA时，我们检测到了IDH1突变，这是在神经胶质瘤中发现的一种特征性基因突变。这让我们感到兴奋，因为这是第一份从小至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，克服了目前使用的方法的缺点，为尿液cfDNA的临床应用提供了最先进的方法，特别是作为一种分析工具，促进早期诊断癌症，”安井说。“虽然我们测试了神经胶质瘤，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，我们可以轻松地应用我们的技术来检测其他类型的肿瘤，特别是检测那些无法检测的肿瘤。通过常规方法分离。”
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