納米材料的圖像（上圖）。癌細胞和病毒蛋白的屏幕截圖（左下圖）。癌細胞蛋白的能量特性（右下圖）。圖片來源：新加坡科技設計大學

SUTD的研究人員開發(fā)了一種先進的乳腺癌細胞檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有更高的速度和靈敏度，使用病毒機制來提高該工具的傳感準確性。

在全球抗擊乳腺癌的斗爭中，診斷工具的力量可以決定生與死。當癌癥被早期發(fā)現(xiàn)時，疾病的存活率會大大提高，而治療后的檢測對于驗證治療的有效性至關重要。

生物標志物在癌癥研究中很重要，因為它們有助于早期檢測，并有助于指示治療后的惡性細胞，以確定是否有任何癌癥痕跡。因此，獲得敏銳的敏感性至關重要。然而，在早期病例或治療后，癌細胞的相對數(shù)量通常很少，這使得它們的檢測具有挑戰(zhàn)性。

新加坡科技與設計大學（SUTD）的Desmond Loke副教授發(fā)表在Nanoscale上的一篇論文“Shape complementarity processes for ultra-short-burst sensitive M13–PEG–WS2-powered MCF-7 cancer cell sensors”中提出了這個問題的新解決方案。

“大多數(shù)患者在早期階段不會表現(xiàn)出癥狀，現(xiàn)有的診斷技術可能不準確、昂貴且耗時，涉及影像學檢查，”該項目的研究員 Loke 解釋說。“這項研究的目標是創(chuàng)建一個平臺，可以在患者出現(xiàn)嚴重癥狀之前識別和治療乳腺癌。

為了開發(fā)具有高靈敏度的細胞檢測系統(tǒng)，Loke領導了一個研究團隊，該團隊由SUTD的同事以及倫敦大學學院和A * STAR的合作者組成，他們使用可以想象的小規(guī)模的工具，并使用納米材料。目前用于癌細胞檢測的技術是數(shù)字生物分子傳感器（DBS）。

其機制如下：化學識別元件識別這些分子，并將其相互作用轉換為易于測量和分析的數(shù)字信號。這項技術類似于分子水平上高度專業(yè)化的檢測工具，能夠識別特定的生物靶標，如癌細胞蛋白，并將這些信息轉化為電信號，研究人員可以使用這些信息進行診斷研究或監(jiān)測。

然而，該系統(tǒng)對低細胞計數(shù)群體并不是特別有用。研究小組假設了一種新設計的系統(tǒng)，該系統(tǒng)將產(chǎn)生更高的靈敏度，并增強高導電性納米材料與特定癌細胞相互作用的病毒噬菌體鏈。

增強該系統(tǒng)需要一種新的2D納米材料，該材料具有足夠的導電性，可以與癌細胞類型發(fā)生強烈相互作用。研究人員決定使用二硫化鎢，因為它具有高導電性，可用于光電晶體管和光熱療法。他們?yōu)槎�硫化鎢片配備了噬菌體結合的聚合物，該聚合物可作為被測試的乳腺癌細胞類型的識別元件。將病毒劑或噬菌體結合的聚合物整合到納米材料中，創(chuàng)造了一種稱為基于噬菌體的DBS（P-DBS）的新系統(tǒng)。

“對于P-DBS技術，當將病毒添加到乳腺癌細胞樣本中時，病毒的蛋白質可以顯示出在乳腺癌細胞上組裝的高特異性。然而，病毒蛋白可能表現(xiàn)出足夠高的特異性，可以組裝在乳腺癌細胞上，用于非常少量的細胞，從而實現(xiàn)較高傳感精度，“Loke說。

該項目研究了乳腺癌細胞，因為病毒蛋白很容易聚集在其表面，從而使P-DBS生物傳感器平臺和樣本細胞之間的連接更加順暢。根據(jù)Loke的說法，這種形狀互補效應允許“超準確的采樣，這對于早期癌癥檢測和監(jiān)測疾病進展至關重要。

須滿足四個標準才能認為生物傳感器在臨床環(huán)境中非常有效。生物傳感器須 （1） 對癌細胞蛋白的存在高度敏感，（2） 在輸出信號中產(chǎn)生明顯的對比度，（3） 確保高細胞活力，以及 （4） 在臨床應用中常見的短讀取時間內產(chǎn)生結果。

P-DBS以合理的靈敏度檢查了所有方框。這項新技術能夠識別樣本中癌細胞的存在，這些樣本比其他基于電的癌細胞傳感器的典型細胞組大小小約74%。P-DBS在信號對比度方面也比其他基于電的癌癥傳感器高出58%。

這些令人印象深刻的結果可歸因于病毒蛋白的特異性，研究人員證明，即使是少量的乳腺癌細胞也會組裝，因此即使在早期階段也表明癌癥的存在。

“病毒驅動的2D材料傳感器平臺的創(chuàng)建可能代表著抗擊乳腺癌的重大進展。如果這些發(fā)現(xiàn)在未來的臨床研究中得到證實，這種傳感器可能會成為識別早期乳腺癌的寶貴準確工具，“Loke補充道。

通過進一步的研究，他希望證實P-DBS系統(tǒng)廣泛適用于不同的乳腺癌細胞類型。創(chuàng)新的生物傳感器平臺對于早期癌癥診斷和監(jiān)測具有重要意義，在納米級生物分子傳感器領域展示了一條有前途的途徑。