纳米材料癌症传感器的病毒增强可提高早期检测
纳米材料的图像（上图）。癌细胞和病毒蛋白的屏幕截图（左下图）。癌细胞蛋白的能量特性（右下图）。图片来源：新加坡科技设计大学
SUTD的研究人员开发了一种先进的乳腺癌细胞检测系统，该系统具有更高的速度和灵敏度，使用病毒机制来提高该工具的传感准确性。
在全球抗击乳腺癌的斗争中，诊断工具的力量可以决定生与死。当癌症被早期发现时，疾病的存活率会大大提高，而治疗后的检测对于验证治疗的有效性至关重要。
生物标志物在癌症研究中很重要，因为它们有助于早期检测，并有助于指示治疗后的恶性细胞，以确定是否有任何癌症痕迹。因此，获得敏锐的敏感性至关重要。然而，在早期病例或治疗后，癌细胞的相对数量通常很少，这使得它们的检测具有挑战性。
新加坡科技与设计大学（SUTD）的Desmond Loke副教授发表在Nanoscale上的一篇论文“Shape complementarity processes for ultra-short-burst sensitive M13–PEG–WS2-powered MCF-7 cancer cell sensors”中提出了这个问题的新解决方案。
“大多数患者在早期阶段不会表现出症状，现有的诊断技术可能不准确、昂贵且耗时，涉及影像学检查，”该项目的研究员 Loke 解释说。“这项研究的目标是创建一个平台，可以在患者出现严重症状之前识别和治疗乳腺癌。
为了开发具有高灵敏度的细胞检测系统，Loke领导了一个研究团队，该团队由SUTD的同事以及伦敦大学学院和A * STAR的合作者组成，他们使用可以想象的小规模的工具，并使用纳米材料。目前用于癌细胞检测的技术是数字生物分子传感器（DBS）。
其机制如下：化学识别元件识别这些分子，并将其相互作用转换为易于测量和分析的数字信号。这项技术类似于分子水平上高度专业化的检测工具，能够识别特定的生物靶标，如癌细胞蛋白，并将这些信息转化为电信号，研究人员可以使用这些信息进行诊断研究或监测。
然而，该系统对低细胞计数群体并不是特别有用。研究小组假设了一种新设计的系统，该系统将产生更高的灵敏度，并增强高导电性纳米材料与特定癌细胞相互作用的病毒噬菌体链。
增强该系统需要一种新的2D纳米材料，该材料具有足够的导电性，可以与癌细胞类型发生强烈相互作用。研究人员决定使用二硫化钨，因为它具有高导电性，可用于光电晶体管和光热疗法。他们为二硫化钨片配备了噬菌体结合的聚合物，该聚合物可作为被测试的乳腺癌细胞类型的识别元件。将病毒剂或噬菌体结合的聚合物整合到纳米材料中，创造了一种称为基于噬菌体的DBS（P-DBS）的新系统。
“对于P-DBS技术，当将病毒添加到乳腺癌细胞样本中时，病毒的蛋白质可以显示出在乳腺癌细胞上组装的高特异性。然而，病毒蛋白可能表现出足够高的特异性，可以组装在乳腺癌细胞上，用于非常少量的细胞，从而实现较高传感精度，“Loke说。
该项目研究了乳腺癌细胞，因为病毒蛋白很容易聚集在其表面，从而使P-DBS生物传感器平台和样本细胞之间的连接更加顺畅。根据Loke的说法，这种形状互补效应允许“超准确的采样，这对于早期癌症检测和监测疾病进展至关重要。
须满足四个标准才能认为生物传感器在临床环境中非常有效。生物传感器须 （1） 对癌细胞蛋白的存在高度敏感，（2） 在输出信号中产生明显的对比度，（3） 确保高细胞活力，以及 （4） 在临床应用中常见的短读取时间内产生结果。
P-DBS以合理的灵敏度检查了所有方框。这项新技术能够识别样本中癌细胞的存在，这些样本比其他基于电的癌细胞传感器的典型细胞组大小小约74%。P-DBS在信号对比度方面也比其他基于电的癌症传感器高出58%。
这些令人印象深刻的结果可归因于病毒蛋白的特异性，研究人员证明，即使是少量的乳腺癌细胞也会组装，因此即使在早期阶段也表明癌症的存在。
“病毒驱动的2D材料传感器平台的创建可能代表着抗击乳腺癌的重大进展。如果这些发现在未来的临床研究中得到证实，这种传感器可能会成为识别早期乳腺癌的宝贵准确工具，“Loke补充道。
通过进一步的研究，他希望证实P-DBS系统广泛适用于不同的乳腺癌细胞类型。创新的生物传感器平台对于早期癌症诊断和监测具有重要意义，在纳米级生物分子传感器领域展示了一条有前途的途径。
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