为癌症精准诊断提供潜在可能南京大学研究新型

2019-01-04   阅读:175

  记者从南京大学获悉,中科院院士、南京大学化学化工学院陈洪渊教授率领的研究团队,通过化学机制的创新,在国际上首次实现了在纳米尺度上进行化学属性分析的工作,大幅度提高了检测的准确率和检出率,相关工作发表在国际一流刊物《美国科学院院报》(PNAS)上。

  科学仪器是人类认识世界、获取信息的重要工具。据了解,诺贝尔自1901年首次颁发以来,因仪器设备获的超过23届,利用先进仪器设备获的超过25届。陈洪渊院士团队自2010年至今,围绕病变(如癌症等)的单个细胞,开发原创仪器,据介绍,此项可在纳秒及纳米水平尺度上,精准测量单个细胞内变化,为疾病诊疗提供更加准确的信息,为深入理解生命过程的化学本质提供技术手段。

  “人是由细胞组成的,其中有复杂的变化过程,我们希望从源头追究细胞中的各种化学反应。”陈洪渊院士说。从80年代开始,陈洪渊就开始探索针对生命分析时空分析的技术和装置。进入21世纪后,他带领的团队在前十几年研发的基础上,开始对生命活动过程中的含量等变化进行探测,开拓生命分析化学研究新领域,并创建了《生命分析化学国家重点实验室》。

  在南京大学生命分析化学国家重点实验室,记者看到,陈洪渊院士团队研制的“单细胞高时空分辨动态分析系统”由诸多分析仪器相接组合,占据了一整间约120平米的实验室。“我们这套测量系统通过综合电化学、光学、质谱检测手段,可以探知细胞内的化学变化。你可以把它看作是‘化学显微镜’、‘细胞放大镜’,它可以给每个细胞贴上标签。”陈洪渊介绍到,癌细胞是善于伪装自己的,这个仪器可以在细胞病变的最早期,对病变细胞进行有效的识别,剥开癌细胞的“画皮”,从而去帮助临床大夫进行诊疗。

  目前,国际上的相关检测通常做到200纳米级分辨的观察。而陈洪渊团队实现了50纳米内的化学属性分析工作。

  向细胞内如此狭小的空间进行精准、定量地物质输运是业界的难题,此前也没有成熟的技术可以借鉴。如何实现将用于分析的各种物质精准的输运到该纳米空间?经过多次研讨,团队最后决定利用“溶液在电场作用下,能在纳米管中流动”这一原理,尝试进行定向物质输运。

  由于输运溶液的体积只有“飞升”,即仅相当于一滴水的十亿分之一,该采用多大电压?如何观测这样微小的液滴?研究团队在设计好实验方案的基础上,又查阅了大量的资料,通过反复的实验论证,终于在项目启动后的第4个月成功获得了第一滴从纳米毛细管内精准排出的液体。并在此基础上,进一步优化实验参数,使之在分析时不会干扰细胞自身的活性。

  “我们成功地实现了将‘飞升’体积的分析溶液输运到目标区域,并在国际上率先实现了对单个细胞内蛋白活性的定量电化学分析。这项研究的先进性在于提高了单细胞分析的空间分辨率。就好比原来拍一个东西得到的照片是512*512像素,现在我们发明了可拍摄更高像素(如2048*2048)的工具,可以看得更加清楚。”研究团队的主要之一,南京大学化学化工学院教授、青年长江学者江德臣介绍。

  “一个细胞就是一个小。”在一般人看来,细胞是小得极致,是大得极致,而在陈洪渊院士看来,小与大是一个辩证的概念。这种辩证的思,也是帮助他们团队在研究初期攻坚克难的法宝之一。江德臣教授表示:“在最开始进行研究时,我们并没有清晰的思。陈院士告诉我们这个辩证的关系后,我们的思一下子打开了。把细胞看成一个大东西以后,所有宏观上的工具便都可以运用于此。我们所需要做的只是把工具做小,和细胞匹配。这么一来,这个项目在操作上的难度便降低了。”

  陈洪渊院士主持的“单细胞高时空分辨动态分析系统”项目依托的是一个跨学科、跨学校、跨地区的大型团队,其中既有南京大学化学化工学院夏兴华、徐静娟、江德臣(青年)等3位长江学者特聘/青年教授等,也集结了大学物理学院、东南大学生物医学工程学院以及协和医院的长江学者和资深教授。在项目推进过程中,研究团队大力提倡“原始创新”。“我要求大家能够穷究物性,就是能够朔源物质性质,从源头上设计各个实验方案。”陈洪渊院士说,研究团队的学科是交叉的,几个学科衔接得很好,包括老师和学生都开展了具有高度原创性的科学研究,这些研究也极大地推动了仪器平台的开发。

  目前,陈洪渊院士团队的研究还在不断地探索深入中。据介绍,团队目前正在研究通过仪器获取单个活细胞内多种标志物动态变化的测量系统,实现对单个循环肿瘤细胞中多种癌症标志物的检测,解决当前单一标志物可信度低及多种癌症联合检测的问题。

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