树涛、孟靖昕等利用全周血循环肿瘤细胞检测实现前列腺癌PSA灰区的高灵敏临床诊断

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前列腺癌是男性常患的主要恶性肿瘤之一。前列腺特异性抗原(PSA)已被广泛应用于前列腺癌的早期诊断，在一定程度上降低了前列腺癌患者的死亡几率。对于50-60岁的男性患者，PSA检测在PSA灰色区（即PSA值在4-10 ng mL-1之间），具有较低的敏感性和特异性。良性前列腺增生和前列腺炎常被误诊为前列腺癌，造成过度诊断和治疗。在这种情况下，需要再次采用有损伤的穿刺活检来确诊。然而，这种入侵性穿刺活检常常会导致疼痛、出血以及肿瘤扩散。因此，迫切需要开发一种高准确率、无创的方法来早期诊断前列腺癌，尤其是PSA灰区前列腺癌。
　　 中科院理化所王树涛研究员自2010年回国以来，长期致力于癌症早期诊断相关研究。针对如何分离检测血液中痕量循环肿瘤细胞难题，他带领团队围绕界面细胞粘附问题进行了深入的研究。提出了“拓扑匹配与分子识别协同”的细胞粘附界面的研究新思路，探讨了界面微纳结构、软硬度、浸润性等对细胞特异粘附的影响规律，构筑了系列高效特异细胞识别粘附界面（Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 3084； Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 2915； Adv. Mater. 2015, 27, 310；Nano Lett. 2016, 16, 766; Adv. Healthcare Mater. 2014, 3, 332； NPG Asia Mater. 2013, 59, e63）。通过进一步将智能分子嫁接到多尺度表面上，利用其对外界刺激的响应性（如酶、热、电、糖/pH、光等），实现了对细胞特异粘附和去粘附的无损调控，解决了传统去粘附过程对细胞的损伤（Adv. Mater. 2011, 23, 4376; Adv. Mater. 2013,25, 922; Adv. Mater. 2013, 25, 3566； J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 7603； Nano Res. 2017, 10, 1345）。利用二氧化钛的自清洁特性，实现了对纳米癌症检测芯片的无害化处理（ACS Nano 2015,9,9284）。自2015年以来，通过选择石墨烯为材料，结合结构匹配、软硬度匹配、浸润性调控，获得高的靶向细胞捕获效率（大于92%）与极低的白细胞粘附（Adv. Mater. 2015, 27, 6848），为后面的规模化制备以及临床应用指明了方向。
　　  近日，中科院理化所王树涛、孟靖昕研究员团队与北京大学第三医院马潞林、张树栋教授团队交叉合作，利用马兰戈尼效应以及混合抗体修饰，制备了循环肿瘤细胞检测芯片，实现了高准确率、非入侵性的诊断PSA灰区的前列腺癌。通过与病人穿刺结果对照，将循环肿瘤细胞检测与PSA血液检测结果（PSA，F/T-PSA，PSAD）相结合，并用机械学习的方法进行数据分析，临床病人诊断的敏感性从PSA检测的58.3%提高到91.7%。该项研究提供了一种非入侵的选择，可以实现对PSA灰区的前列腺癌病人的高准确率诊断。

图1. CTC 芯片用于高灵敏、非入侵诊断PSA灰区的前列腺癌的整体思路

     根据作为金标准组织活检的结果，PSA测试对于灰区病人展示出了低的敏感性(58.3%)。相比而言，结合CTC检测结果与PSA的结果，并进一步用机械学习分析，发现诊断敏感性提升至91.7%。从而证明该研究方法是组织活检的有益补充。
　　该研究得到国家重点研发计划和国家自然科学基金、中科院伙伴计划、中科院青促会项目、的大力支持。
　　论文信息：
　　Evaporation-Induced rGO Coatings for Highly Sensitive and Non-Invasive Diagnosis of Prostate Cancer in the PSA Gray Zone
　　Binshuai Wang#, Shudong Zhang#, Jingxin Meng*, Li Min, Jing Luo, Zhongpeng Zhu, Han Bao, Ruhua Zang, Shaohui Deng, Fan Zhang, Lulin Ma*, Shutao Wang*
　　Adv. Mater. 2021, 33, 2103999 DOI: 10.1002/adma.202103999
　　论文链接:  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202103999


       文章来源：理化所
       王树涛，中国科学院理化技术研究所研究员，博士生导师，课题组长，入选国家杰青, 国家“万人计划”青年拔尖人才以及“引进国外杰出青年人才计划”。主要从事仿生多尺度粘附可控界面材料的研究，如抗粘附界面材料、高效生物识别粘附界面和器件以及疾病早期诊断等方面的研究。率先提出“结构匹配与分子识别”协同的生物识别粘附效应，并用于癌症检测，比传统细胞分离方法灵敏度提高1000倍，因此获2010年世界科技奖提名。曾获2006年中国重大科学进展，2008年中国科学院优秀博士论文（50篇），2009年全国百篇优秀博士论文提名奖，2013年中国化学会青年化学奖等奖项。发表SCI论文140余篇，其中包括Angew. Chem.（9篇），Adv. Mater.（20篇），JACS (2篇)，Nat. Protocol.(1篇) 他引4200余次，H因子39。授权中国专利8项，美国专利2项。并先后在Chemical Review, Chemical Society Review, Annual Review Nano Research, Account of Chemical Research, Journal of Photochemistry and Photobiology C: Chemistry Review, MRS Bulletin等国际著名杂志发表邀请综述，英文专著3章。研究成果多次被Nature, Nature medicine，Science Daily，Chem&Eng News，Materials Views China，Material Today，Lab Chip等亮点报道。被Nature Chemistry的“The Sceptical Chemist”、Asia-Pacific Biothech News的“People Watch”、China Science Daily等做了人物专访报道。
       孟靖昕，研究员，硕士生导师，中科院青年创新促进会会员，国际仿生工程学会青年委员会委员。主要从事仿生抗粘附界面材料的研究，即通过改变材料表界面结构以及化学组成，实现对细胞和细菌，以及矿物等界面粘附的可控调节。发表SCI论文50余篇，其中包括Adv. Funct. Mater., ACS Nano等，引用1300余次，H因子18。并先后受邀在Chem. Soc. Rev., Adv. Funct. Mater., Chinese Chem. Lett., Chem. Asian J.等国际著名杂志发表邀请综述，英文著作1章。研究成果多次nanowerk, XMOL, Material Views, 科学网等媒体亮点报道。