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檢測癌症細胞的新工具:DNA微電路

出處 DesignNews 作者 劉聖哲摘譯 年份 2019/12/25
報告類型 新聞報導 分類 原子科技及民生應用 資料時間 2019年12月
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  據醫療新聞網站News Medical近日的一篇報導,美國杜克大學(Duke University)的計算機科學家John Reif和他先前指導的博士生Tianqi Song以比人類頭髮細數萬倍、彼此交互作用的DNA鏈製作出會辨別細胞表面上的分子特徵而識別出癌細胞的微電路。此研究成果發表在《美國化學學會期刊(Journal of the American Chemical Society)》上,宣稱與過去其他方法相比,此DNA微電路更能區分出癌細胞的類型,因此能有助於改善癌症診斷,並為癌症治療提供更好目標。

  Reif和Song提出的DNA微電路與IC裡面的微電子電路不同,他們的微電路會附著到細胞外部,分析該細胞是否有許多可在某些類型之細胞上發現,但在其他類型細胞上不會有的蛋白質。當微電路發現到預先設定的目標,就會用一個很小的發光標籤標記該細胞。其實科學家們過去也曾使用類似的DNA微電路技術來檢測癌細胞,但很容易發生誤報,譬如對混合細胞(mixtures of cells)篩檢時檢出一或多種預設為目標,實際上卻沒有任何細胞類型有全部的這些蛋白質時,識別錯誤就發生了;此外,使用當前方法或能將癌細胞都檢測出來,但某些健康細胞也常會同時被錯誤標記為可能發生癌變。

  為了減少辨識錯誤的情況,Duke團隊利用每種類型的癌細胞在其細胞膜表面上都會有一組特徵蛋白質的事實,設計出必須與該組特徵蛋白質相結合才能運作的DNA微電路。Duke團隊的微電路由許多基本的元件組成,每個基本元件有兩股DNA單鏈,其中一股單鏈被對摺並自我配對成髮夾型,每支「髮夾」的其中一端則與另一股被摺疊成可讓某特定細胞膜蛋白質如拼圖般嵌入之單鏈結合,兩股DNA單鏈共同作用,以識別某特定蛋白質是否存在於細胞表面。

  研究人員在實驗室裡驗證他們的DNA微電路功能,將設計為篩檢某特徵蛋白質組的微電路與受檢細胞在試管中混合,某個細胞的表面若有該特徵蛋白質組,完整電路就會附著上去。之後將「啟動鏈」加入試管中,附著在細胞上電路的其中一個「髮夾」就會打開,接著如骨牌般依序觸發其它髮夾,直到最後一個髮夾打開並點亮細胞。實驗結果表明:在數小時內研究人員可透過發光強度檢測出癌細胞;而替換不同的DNA則可設計出可篩檢不同類型癌細胞之微電路。

  研究團隊稱此技術可做為癌症篩檢工具,對開發出更具針對性、副作用更少的治療方法亦有幫助。然而技術尚未完全就緒,還需要在更現實的條件下測試,以確保它們能標記正確的癌細胞。

圖說:細胞膜上佈滿了蛋白質,研究人員可以用它們以及DNA微電路,來區分癌細胞、正常細胞、或不同類型的癌細胞。