《自然》子刊：10分鐘驗癌技術刷屏！科學家發現甲基化引起的DNA理化性質變化與癌症的關係，或可改寫癌症早篩丨科學大發現

這幾天，美國的各大媒體都被一條科技新聞刷屏了：科學家發明了一種可以在10分鐘之內檢測幾乎所有癌症的新技術。

由於有關的新聞報道鋪天蓋地，影響範圍太大。也有不少科學家站出來呼籲，「大家先冷靜一下，目前這個技術還在實驗室階段，離應用到臨床還有很遠的距離。」

無論如何，這個研究倒是真的。

北京時間，12月5日，澳大利亞昆士蘭大學Laura G. Carrascosa和Matt Trau領導的研究團隊在著名學術期刊《自然通訊》上發表論文稱[1]，他們開發出了一套簡單而廉價的癌症檢測方法：基於腫瘤組織或血液DNA的甲基化狀況，在10分鐘以內就能判斷受試者是否患有癌症！

而且，為了讓這項檢測更加便捷，研究人員還對這項技術做了改進：加入DNA之後，檢測人員只需要根據顏色變化，就能判斷受試者是否患癌。這項極致簡單的技術有望幫助我們及早判斷自己是否患有癌症，進而能及時治療。

左一是 Trau教授（感覺他的實驗服是臨時找人借的）

另兩位是文章共同第一作者

DNA的甲基化大家已經很熟悉了。甲基化就像DNA的音量調節器一樣，可以改變基因的表達模式，它可以使不需要的基因沉默，而加強需要的基因的表達。但是當甲基化出現異常時，細胞基因的表達就可能亂套，這正是很多疾病（包括癌症）發生的原因之一[2]。

DNA上的甲基化位點繁多，正常組織與病變組織甲基化位點會展現出不同的模式，而模式的不同可以用來檢測多種疾病。目前，甲基化測序已經成為檢測癌症的重要手段[3]。我們今年就報道過多個基於DNA的甲基化對癌症進行精確診斷的研究。

不過，目前的甲基化檢測方法都存在一個重要問題——過程太麻煩了，並且需要技術人員進行專業的操作。這就使得檢測的成本較高，且耗費的時間較長。在沒有感覺到身體異常時，人們可能不會選擇這種檢測方式。

因而，現在迫切需要一種更加簡單、廉價的癌症篩查手段。

DNA的結構

甲基化對DNA物理化學性質的改變給人們提供了這樣的機會。

我們知道，DNA是一種鏈狀的有機高分子化合物，時刻發生著聚合或解聚的變化。而甲基化可以改變DNA在溶液中的結構，柔韌性和三維構象等[4]。顯然，癌症細胞DNA的甲基化狀態相比正常細胞有很大不同，這很可能會反應到DNA的這些物理化學性質上。而對物理化學的檢測極有可能會更加簡單、方便。

Trau博士團隊先在體外驗證了這種想法。他們分別提取腫瘤組織和正常組織的DNA，純化後用電鏡進行觀察，果然發現腫瘤組織DNA聚集的顆粒大小要遠小於正常組織。而這與DNA的甲基化狀態息息相關。

這表明確實可以通過DNA的物理化學性質來區分正常組織和腫瘤組織。而甲基化起到的作用是增加DNA的疏水作用[5]，以及減弱DNA對金屬顆粒（如金粉）的吸附能力[6]。

甲基化改變了DNA的吸附能力

兩者DNA吸附能力的差異引起了研究人員的注意。

他們比較了不同腫瘤組織DNA的甲基化水平，發現腫瘤DNA的甲基化水平要明顯低於正常組織，而對金納米顆粒的吸附能力要更強。而這種吸附能力的不同可以通過電化學信號鑒別出來。

接著，研究者檢驗了電化學信號的辨別能力。他們取了72份癌症組織樣本和相應的正常組織進行檢測（包括54 份乳腺癌組織，8個前列腺癌組織，10個淋巴瘤癌組織），發現對癌症組織檢測的特異性相當高，曲線下面積達到了0.909！

但是，有創的組織活檢畢竟不太方便，要是這個方法能用於液體活檢那就更完美了。

接著，他們收集了100份乳腺癌和結腸直腸癌患者的血漿遊離DNA （cfDNA），並將其與45例健康人的cfDNA進行比較。實驗中僅用了5pg（濃度1pg/μl）的cfDNA，經過10分鐘的吸附後，便通過電化學信號分辨出了腫瘤組織，曲線下面積也達到了0.887。液體活檢的特異性也相當高！

通過電化學實驗，可以分別出腫瘤組織和正常組織的DNA

但是，畢竟電化學信號檢測也不算方便，是否有更簡單的判斷指標呢？

初中時做過化學實驗的同學們可能還記得，發生反應時常常會引起顏色變化，觀察顏色變化可是一個非常直觀的指標。

於是，Trau博士團隊開發了一種膠體金試劑來指示DNA與金納米顆粒的結合情況，試劑的原本顏色是紅色，當從癌細胞中提取的DNA被加入時，溶液會保持原來的顏色。但是如果加入的是健康細胞的DNA，由於DNA與金納米顆粒結合方式的不同，溶液會變成藍色。

DNA與金納米顆粒的結合情況可以通過顏色展現出來

他們用100份樣品檢驗這個系統的準確性，發現只需要用到1pg cfDNA就能起作用。可以說是簡單到極致了。

不過，通過顏色變化判斷的特異性稍稍低於電化學信號，曲線下面積是0.785。研究人員後面會繼續優化系統。

當然，這個方法還有一個局限，那就是它無法準確分辨出癌症的類型。但是，它可以作為一種篩查手段，當用這種方法檢測出患者患有癌症後，可以用其它方法進一步檢測，以確定癌症類型和分期。

而且，這個簡單廉價快速的方法，不需要很多複雜的儀器和操作，能消除很多癌症檢測上的障礙，顯示了廣闊的應用前景。

Trau教授說道：「這是一個驚人的發現，這似乎是所有癌症的一個普遍特徵」。這項技術展示了廣譜的癌症檢測能力，雖然還有更多的癌症類型需要被驗證。[7]

編輯神叨叨

人類加快了對癌症的圍剿，從預防，檢測到治療，全方位推進，癌症被徹底攻克的日子或許不遠了~

參考資料：

[1]https://www.nature.com/articles/s41467-018-07214-w

[2] Schubeler, D. Function and information content of DNA methylation. Nature517, 321–326 (2015).

[3] Suzuki, M. M. & Bird, A. DNA methylation landscapes: provocative insights from epigenomics. Nat. Rev. Genet. 9, 465–476 (2008).

[4] Lee, J. Y. & Lee, T.-H. Effects of DNA methylation on the structure of nucleosomes. J. Am. Chem. Soc. 134, 173–175 (2011).

[5] Ohno, S., Hasegawa, S., Liu, H., Ishihara, K. & Yusa, S.-i Aggregation behavior in water of amphiphilic diblock copolymers bearing biocompatible phosphorylcholine and cholesteryl groups. Polym. J. 47, 71–76 (2015).

[6] Kimura-Suda, H., Petrovykh, D. Y., Tarlov, M. J. & Whitman, L. J. Basedependent competitive adsorption of single-stranded DNA on gold. J. Am. Chem. Soc. 125, 9014–9015 (2003).

[7]https://www.theguardian.com/science/2018/dec/04/scientists-develop-10-minute-universal-cancer-test

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本文作者 | 低溫藝術家

「提醒一下，這個檢測需要提取純化DNA的」

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