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在临床应用中，检测循环肿瘤 DNA（ctDNA）对癌症诊疗意义重大。但 ctDNA 检测面临诸多挑战，研究人员运用野生型靶标耗竭概念及热力学理论开展研究。结果显示，开发的生物传感器性能显著提升，为现有生物传感器改进提供有效方法。
癌症，这个可怕的病魔，一直威胁着人类的健康。在癌症的诊疗过程中，精准检测肿瘤相关的生物标志物至关重要。循环肿瘤 DNA（ctDNA）作为一种极具价值的生物标志物，能够为癌症的诊断、治疗监测以及个性化治疗方案的制定提供关键信息。然而，ctDNA 在血液中含量极少，通常只占总循环游离 DNA（cfDNA）的一小部分，并且与正常的 cfDNA 往往仅在单个核苷酸上存在差异 ，这就如同在茫茫大海中寻找一颗微小的珍珠，给检测工作带来了极大的挑战。传统的检测技术，如实时聚合酶链反应（PCR）、数字 PCR（dPCR）等，虽然在一定程度上能够检测 ctDNA，但灵敏度仍然不尽如人意。因此，开发一种高灵敏度、大动态范围的检测方法迫在眉睫。
在这样的背景下，国外研究人员开展了一项旨在优化基于杂交技术的生物传感器性能，用于检测临床样本中 ctDNA 的研究。他们的研究成果发表在《Biosensors and Bioelectronics》上。研究人员通过运用野生型靶标耗竭的概念，并开发精确的热力学理论用于竞争杂交分析，成功提升了生物传感器对 ctDNA 突变定量的能力，使灵敏度和动态范围都提高了一个数量级。这一成果意义重大，为癌症的精准诊疗提供了更有力的技术支持，也为现有生物传感器性能的改进开辟了新的道路。
研究人员开展研究用到的主要关键技术方法包括：首先，使用来自非小细胞肺癌（NSCLC）患者的临床 cfDNA 样本作为样本队列来源。其次，运用基于杂交技术的生物传感器，利用单链寡核苷酸探针捕获和结合目标 DNA。最后，采用野生型靶标耗竭的策略，并结合开发的热力学理论进行实验条件的优化和数据分析。
杂交方法：参考探针和耗竭概念
基于杂交技术的传感器通过单链 DNA（ssDNA）杂交探针来检测单链突变 DNA 的存在。其检测原理是基于形成稳定的双螺旋结构，遵循沃森 - 克里克碱基配对规则。突变靶标（Tmut）与探针的结合表明存在突变 DNA。但当突变 DNA 存在于野生型靶标（Twt）的背景中时，传感器会受到交叉杂交的影响，进而阻碍其性能的发挥。研究人员运用野生型靶标耗竭的概念，选择具有特定热力学性质的捕获探针，有意消耗相应的野生型靶标，以此提高对低丰度突变的定量检测能力。
临床样本应用
研究选取了 18 份来自 NSCLC 患者的 cfDNA 样本。这些样本中通常含有野生型 cfDNA，可能还包含少量肿瘤来源的 EGFRT790M突变 cfDNA。所有样本均通过临床验证的实时 PCR 检测该点突变的存在。该检测依赖于ΔCt值，即 EGFRT790M突变与管家基因在达到检测阈值前 PCR 扩增循环数的差异。研究人员将采用野生型靶标耗竭策略的检测结果与未采用该策略的结果进行对比，同时与临床验证的实时 PCR 和 dPCR 这两种参考技术进行比较。
研究结论
研究人员成功将基于热力学的野生型靶标耗竭概念应用于临床循环游离 DNA 样本的单核苷酸变异检测。结果显示，生物传感器的灵敏度提高了 10 倍。研究数据与临床验证检测的定性结果相符，与 dPCR 检测的样本中突变比例定量结果也一致。通过纳入所有相关分子信息，该研究为生物传感器在临床检测中的应用提供了更可靠的方法。
综上所述，该研究在 ctDNA 检测领域取得了重要突破。研究人员成功改进了基于杂交技术的生物传感器性能，提高了对 ctDNA 突变检测的灵敏度和动态范围。这不仅有助于更精准地检测癌症相关的生物标志物，为癌症的早期诊断和治疗监测提供有力支持，还为基于杂交技术的生物传感器在临床应用中的进一步发展和优化提供了理论依据和实践指导。未来，有望基于该研究成果开发出更高效、更精准的癌症诊断工具，推动癌症诊疗技术的不断进步。
