黄又举教授团队在Biosensors and Bioelectronics上发表逻辑门驱动双指标平衡可视化策略用于肿瘤转移诊断

近日，我院黄又举教授团队与浙江省肿瘤医院合作开发逻辑门驱动的双指标平衡可视化策略用于快速精准区分正常和肿瘤细胞方面取得新进展。相关研究结果以“Logic Gate-driven Dual-index Balanced Visualization Strategy for Tumor Metastasis Diagnosis”为题发表在Biosensors and Bioelectronics (Q1, IF=12.6)。DOI: 10.1016/j.bios.2023.115556。

肿瘤转移是癌症相关死亡的最常见原因之一，经常发生在胸部和腹膜区域。随着肿瘤恶性进展，恶性浆液性积液是最常见的临床表现。目前体液细胞的形态学检查是识别恶性肿瘤细胞简单且无损的捷径，因为恶性肿瘤细胞易原位脱落，且具有与良性细胞显着不同的形态特征。典型标本包括脑脊液、胸腔积液、腹水、尿液、支气管肺泡灌洗液和其他体液。但传统的脱落细胞学方法涉及对脱落细胞染色、形态和结构的表征、蛋白质含量的测量、不同类型细胞比例的计算等，程序复杂且耗时(至少两天)。目前从体液中诊断肿瘤的方法还存在一定的缺陷。比如，Thinprep细胞学检测受到制样载玻片角度和贴片速度的显着影响。此外，样品中的低密度细胞会导致误判。DNA倍性分析、单细胞DNA测序和肿瘤标志物检测也会受到各种因素的干扰。因此，开发一种简单、样品量少的方法，用于各种体液中的肿瘤细胞的鉴定是非常必要的。

相关的研究表明，GSH是与肿瘤微环境和肿瘤转移相关的细胞中最丰富的抗氧化剂之一。肿瘤细胞中溶质载体家族7成员11(SLC7A11)的过表达导致肿瘤细胞疯狂地吸收胱氨酸并将其转化为半胱氨酸，最终导致GSH过表达。此外，肿瘤细胞也会激活糖酵解途径导致Glucose (Glu)的过表达，进而导致GSH的二次加速合成。目前，基于肿瘤微环境代谢物用于肿瘤细胞识别的方法大部分都依赖于单指标变化。鉴于肿瘤细胞自我调节的复杂性，同时监测肿瘤细胞中多种相关代谢物的水平会更准确。

基于肿瘤细胞中GSH和Glu的过表达，传统单一指标(GSH/Glu)构建的可视化试剂盒快速鉴别肿瘤细胞精确度不足，背景干扰信号高，无法满足实际应用。因此，黄又举教授团队利用肿瘤细胞中两种高表达物质的浓度差，开发了一种平衡刻蚀可视化试剂盒用于快速精准区分肿瘤和正常细胞。具体过程为：GSH诱导碘酸钾在Buffer A中产生碘单质刻蚀Au NRs的显色过程(Image-I)，会在引入Buffer B后受到Glu消耗碘单质的抑制从而达到一个平衡的过程而显示不同的颜色(Image-II)。通过上述平衡刻蚀可视化试剂盒得到的颜色卡片可以实现肿瘤细胞的快速(10 min)初步筛查。同时，通过对试剂盒两步反应获取颜色卡片的RGB提取，结合逻辑门及机器学习对颜色进行精准的数字化处理(即当G₁/B₁<0.94和R₂/B₂<1.1时，GSH和Glu浓度过表达)，实现了肿瘤细胞的精准筛查判断。并且该平衡刻蚀可视化试剂盒的精准性也在大量癌症患者的真实样本中(尿液、胃液和胸膜腹水等)得到了验证，证明了此方法具有普适性和高精准性，是临床肿瘤细胞鉴别的一种有效技术。

图1 逻辑门辅助平衡蚀刻试剂盒用于体液样品中肿瘤细胞诊断的示意图

图2 逻辑门对肿瘤与正常细胞区分的结果数据处理图

图3 平衡蚀刻试剂盒在真实肿瘤体液样本中对肿瘤细胞的筛查结果

浙江省肿瘤医院俞鹏飞为该论文的第一作者，杭州师范大学材料与化学化工学院科研助理葛丽、青年教师丁彩萍博士和黄又举教授为该论文的共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金等项目的资助。

https://doi.org/10.1016/j.bios.2023.115556