中科院上海微系統所在腫瘤早期可視化預警方面取得重要進展
根據國家癌癥中心最新統計，我國惡性腫瘤新發病例為380.4萬例/年，死亡病例為229.6萬/年。原發腫瘤早期預警技術的發展不僅對實現目標人群大規模篩查、提高腫瘤患者生存率具有重要應用價值，同時在腫瘤發生機制研究方面具有極為重要的科學價值。目前，CT、MRI等傳統的影像學技術對直徑小于1-3mm的腫瘤病灶難以分辨，無法滿足腫瘤早期預警的需求。循環腫瘤細胞檢測則存在可靠性低、無法原位觀察的缺點。此外，腫瘤代謝標志物檢測存在普適性差、無法實現細胞內可視化預警等缺點。因此，目前在腫瘤早期可視化預警領域，相關技術仍極度匱乏。針對上述困境，中國科學院上海微系統與信息技術研究所丁古巧團隊與上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院眼科范先群團隊合作，提出利用氮摻雜石墨烯量子點（N-CDs）實現了正常細胞腫瘤化過程的極早期可視化預警的新策略。該策略已成功應用于49例臨床樣本的腫瘤細胞篩查，為腫瘤早期臨床檢測與篩查提供了一種低成本、高精準、普適的腫瘤成像手段。?
團隊利用代謝組學技術，篩查了4590種差異代謝產物，繪制了腫瘤細胞和正常細胞的代謝差異圖譜，發現腫瘤細胞內糖酵解水平明顯高于正常細胞。該差異化的代謝模式引起腫瘤細胞胞質NAD+池水平升高約4.5倍。更重要的是，在原位癌發生早期，細胞即出現代謝模式由線粒體內的有氧磷酸化向胞質內糖酵解過程的轉變。因此，實現胞質內糖酵解過程中重要標志物NAD+的細胞內偵測可實現腫瘤早期可視化預警。聯合研究團隊通過石墨烯量子點結構設計實現其與胞質內NAD+之間的熒光共振能量轉移，進而實現細胞質內糖酵解過程的可視化熒光偵測。結果表明，基于熒光共振能量轉移作用的傳感過程，NAD+可特異性地將石墨烯量子點的熒光強度增強至原強度6倍以上。在小鼠肝臟自發瘤模型中，現有成像技術可在藥物誘導24周后實現原位腫瘤病灶的檢測。相比之下，基于N-CDs的成像策略，可在藥物誘導20周即實現原位微小病灶的熒光標記，檢測時間大幅提前4周。（圖1）。?
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圖1. 藥物誘導下小鼠肝臟自發瘤模型中肝臟的Ki67染色及石墨烯量子點染色結果?
此外，聯合研究團隊基于上述進展進一步開發了可用于腫瘤臨床診斷的快速診斷試劑盒原型。該試劑盒對至少13種腫瘤細胞系的特異性標記率高達96.15%。最后，團隊利用N-CDs對所收集的49例尿液、胸水、玻璃體和血液等臨床樣本進行腫瘤細胞篩查。結果表明，N-CDs可高效甄別樣本中的腫瘤細胞，提示樣本來源的患者可能具有泌尿系統、呼吸系統及視覺系統原發腫瘤病灶或多系統轉移病灶的存在。在臨床樣本的腫瘤細胞檢測中，該技術檢測具有時間短（1小時出報告）、操作簡易（具有標準化流程），精度高（單細胞水平）和準確性好（準確性＞79.31%）等優勢。?
該研究結果提示N-CDs在微小腫瘤病灶的原位早期檢測中發揮了重要作用，同時為腫瘤患者術中轉移病灶的探查，健康人群尿液等腫瘤篩查提供了原型試劑盒，具有廣闊的市場前景。相關研究成果以“Imaging Cellular Aerobic Glycolysis Using Carbon Dots for Early Warning of Tumorigenesis”為題在線發表于Advanced Materials (IF=27.398)。論文第一作者為上海九院博士生李吉鵬和中科院上海微系統所助理研究員楊思維博士，通訊作者為上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院眼科范先群教授、周慧芳教授，中科院上海微系統所丁古巧研究員和蘇州大學康振輝教授?；谏鲜鲅芯砍晒?，聯合研究團隊申請兩項國家發明專利（申請號：202011164540.5, 202011222226.8），提出并建立了“基于碳氮熒光量子點的有氧糖酵解檢測技術”和“碳氮量子點腫瘤細胞檢測技術”兩項領先技術，并已經與藥企積極溝通，推進科技成果市場轉化。?
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202005096?