柔性超强双臂苯硼酸设计显著提升循环肿瘤细胞（CTC）细胞印迹材料捕获效率

癌症诊疗中，循环肿瘤细胞（CTC）检测意义重大，但捕获面临诸多难题。研究人员设计柔性双臂苯硼酸（DPBA），开发出细胞印迹水凝胶。该材料捕获效率达 94%，能精准区分肝癌患者与健康人，助力单细胞分析，推动癌症早诊。

　　

癌症，这个全球健康的 “头号大敌”，每年都无情地夺走无数生命。其中，癌症转移更是 “罪魁祸首”，约 90% 的癌症相关死亡都与其有关。循环肿瘤细胞（Circulating Tumor Cells，CTC）作为癌症转移的 “预警信号”，从原发性肿瘤脱落进入外周血液循环，一旦被检测到，就意味着癌症可能已经开始 “悄悄扩散”。对 CTC 进行诊断和分析，有着诸多不可忽视的优势。它快速、灵敏又无创，比传统的组织活检、影像学检查和血清生物标志物检测都更方便。而且，CTC 能保留完整的细胞信息，不像循环肿瘤 DNA（ctDNA）和外泌体那样容易受到严重干扰和碎片化，这为单细胞分析打开了大门，让医生可以通过血液样本实时监测癌症的发展进程。

然而，捕获 CTC 困难重重。每毫升血液里，红细胞多达 10⁸个、白细胞 10⁵个，可 CTC 却寥寥无几，简直是 “大海捞针”。现有的物理富集方法，如过滤、ficoll 梯度分离和介电电泳，虽然能保证捕获的 CTC 存活和释放，但特异性差，捕获的 CTC 纯度不高。而像 CellSearch 这类生物富集方法，利用抗原 - 抗体相互作用和免疫磁珠，虽提高了捕获效率和纯度，却因成本高、检测率低、过程复杂、分离困难等问题退出了市场。其他基于微流控微柱、表面和免疫磁珠的 CTC 芯片，不仅制作复杂、价格昂贵、耗时久，而且在流动环境中富集 CTC 时，还会让细胞产生应激反应，影响后续的单细胞分析。此外，癌细胞表面的糖基化模式异常，为捕获 CTC 提供了潜在靶点，可在血液这种复杂环境中识别和区分糖类或聚糖难度极大。细胞印迹水凝胶虽有潜力，但开发时要满足众多严苛标准，其中抗肿胀能力的提升一直是个难题。

为了攻克这些难关，来自国内的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们将创新的糖类识别受体与细胞印迹技术相结合，聚焦于肝癌 CTC 的捕获。研究人员设计了一种新型双臂分子 3,5 - 双 ((2 - ((2 - 苯基硼酸) 氨基) 乙基) 氨基甲酰基)-1 - (己 - 5 - 烯 - 1 - 基) 吡啶鎓，简称为 DPBA，它含有两个苯硼酸（Phenylboronic Acid，PBA）单元。DPBA 的柔性连接臂能灵活调整两个 PBA 单元间的距离，与双分支唾液酸化聚糖（Sialylated Glycans，SGs）形成特定空间结构，其结合亲和力高达 200 nM，是普通 PBA 的 33 倍。研究人员将 DPBA 与聚乙二醇二甲基丙烯酸酯（Poly (ethylene glycol) dimethacrylate，PEGDMA）共聚，构建出紧密相连的聚合物网络，得到的细胞印迹水凝胶 PPEG - co - DPBA⁺具有超低的肿胀率（<5%）、良好的抗粘附性、血液和细胞相容性，以及与 CTC 相匹配的机械性能。

该研究用到的主要关键技术方法有：利用 10 - 羟基苯并 [h] 喹啉（HBQ）作为竞争性荧光探针，研究 DPBA 与 N - 乙酰神经氨酸（Neu5Ac）的相互作用；以 SMMC - 7721 细胞为模板制备细胞印迹水凝胶；通过在真实人血环境中检测评估材料对 CTC 的捕获性能；用胰蛋白酶处理从材料表面释放捕获的 CTC。

下面来看看具体的研究结果：

• DPBA 与糖类的结合亲和力：通过引入 HBQ 作为竞争性荧光探针，研究发现 DPBA 能有效结合双分支 SGs 上的两个唾液酸残基，实现了 200 nM 的高结合亲和力，远超普通 PBA。
• 细胞印迹水凝胶的性能：制备的 PPEG - co - DPBA⁺水凝胶具有超低肿胀率，有效保留了细胞印迹的纳米和微观形态，还具备低蛋白粘附性、合适的弹性和可逆性，以及令人满意的血液和细胞相容性。
• CTC 捕获效率：在评估 10 个 SMMC - 7721 细胞时，该材料捕获效率高达 94%，在真实人血环境中也能保持优异性能。基于捕获的 CTC 数量，它能精准区分肝癌患者与肝硬化患者或健康志愿者，而甲胎蛋白（AFP）在某些情况下无法做到这点。
• CTC 的释放与活性：捕获的 CTC 经胰蛋白酶处理后可从材料表面释放，且生长和增殖曲线与对照组一致，满足单细胞多组学分析的要求。

研究结论表明，这种柔性双臂分子设计的材料在 CTC 捕获方面潜力巨大。它不仅能高效、精准地捕获肝癌 CTC，还能释放活细胞用于单细胞多组学分析，为其他癌症的 CTC 捕获技术发展提供了新思路，有望推动癌症的早期诊断和治疗。该研究成果发表在《Biomaterials》上，为生命科学和健康医学领域在癌症诊疗方向提供了重要的参考，激励着科研人员继续探索更有效的癌症检测和治疗方法，为攻克癌症这一顽疾带来了新的希望。