国内新一代高精准无创多癌早期筛查专家——探癌者

山东中医药大学

焦欣怡，郝 昊，苏浩然，孙艳茹，杨 帆

1 作品介绍

本文研发的探癌者是一种癌症早期诊断试剂盒，采用新一代“高精准无创多癌”早期癌症筛查基因检测技术，通过检测著名的原癌基因——MicroRNA-21，可以实时监控癌症状态，及时反映受检者当下是否患癌，是具有实际意义的多种癌症早筛技术。

图1 抗癌者试剂盒

本产品是一种检测癌症标志物MicroRNA 及癌细胞内MicroRNA 的试剂盒。该试剂盒操作程序简单、灵敏度高、特异选择性好，可大大地减少假阳性等误诊情况，适用于各种动物和人体内MicroRNA 的快速检测。

本产品试剂盒的组成为：四螺旋结构DNA 分子探针（200 μL）、聚合酶（200 μL）、切刻内切酶（200 μL）、缓冲液（500 μL）、SERS 信号探针（500 μL）、引物1（500 μL）、引物2（500 μL）、发夹引物（500 μL）。

产品使用说明：

（1）抽取外周血，分离使细胞分层，取其中一层破碎并用试剂盒测。

（2）循环反应实验：在四螺旋结构DNA 分子探针的悬浮液中，加入待测的细胞粉碎（提取的MicroRNA）、引物1、引物2、dNTP、 聚合酶、适量缓冲液在37 ℃环境下反应2 h；然后取上清液，再加入 dNTP、聚合酶、切刻内切酶、适量缓冲液、 SERS 信号探针和发夹引物，反应2 h。

（3）SERS 强度测试：上述反应完成后，经过磁分离，取磁珠部分稀释到200 μL 进行SERS 测试。

（4）SERS 检测操作：用吸液器吸取待测液。挤压吸液器，轻轻将液滴置于基片上；将基片置于加热板上，将温度调到30～40 ℃，等待待测样品液滴挥发完毕，留下痕迹；设置好拉曼光谱仪，将基片置于显微镜下，调光源为可见光，将待测样品覆盖区域置于视野下，以高倍镜对其精确对焦；将光源切换为激光，获取拉曼光谱。

2 技术原理

本产品是利用四螺旋结构DNA 的循环放大技术对癌症标志物微小核糖核酸（MicroRNA）和癌细胞内MicroRNA进行表面增强拉曼散射（SERS）识别和免疫检测。该试剂盒设计是受癌症标志物MicroRNA 的适体识别启发，通过与四螺旋结构DNA 的杂交以及DNA 剪切-聚合反应循环实现对SERS 检测信号的放大，进而实现对癌症标志物MicroRNA及癌细胞内MicroRNA 高灵敏和高特异选择性的识别和检测。以下是产品的主要技术说明

（1）表面增强拉曼散射（SERS）检测：拉曼散射是指光通过介质时由于入射光与分子运动相互作用而引起的频率发生变化的散射。当一些分子被吸附到某些粗糙的金属时，如金、银或铜的表面，它们的拉曼谱线强度会得到极大的增强，这种不寻常的拉曼散射增强现象被称为表面增强拉曼散射效应。

SERS 检测技术因具有高灵敏度、光谱选择性、测定快、数据准确、灵敏度高等特点成为分析检测癌症疾病的一个非常有前景的手段。此外，表面增强拉曼检测技术具有制样简单、非入侵和无损等独特优点。拉曼信号分子标记物不会自猝灭和光漂白，这样就可以通过增加探针上染料分子的个数和增加光谱累积时间来增强拉曼信号，提高检测的灵敏度。SERS 检测手段具有背景低、有效避免光致褪色、有效增强分子的拉曼强度、灵敏度高的优势，越来越受到科学界的关注，在癌症疾病分析检测领域具有很大的应用潜力。

（2）DNA 循环网络：作为一种纳米级别的分子，DNA 以其自身的可编程性、结构的多样性和变化的可控性等诸多优点而活跃于纳米科学、生物科学和材料科学领域。

本技术利用DNA 碱基的精确配对和序列可设计的特性，可以设计具有信号放大功能的DNA 循环网络，将DNA 循环放大方法引入试剂盒生物传感分析中，具有消耗样品量少、快速、灵敏的优势，近年来被广泛应用于DNA、细胞、生物分子和胚胎的检测。将DNA 反应设计成可以自发循环的过程，从而能够将检测信号放大，有效提高对目标物的检测限，同时减少被测样品的消耗量。

（3）癌症标志物微小核糖核酸（MicroRNA-21）：核糖核酸（RNA）是广泛存在于生物体内的重要遗传信息载体。其中，能翻译成蛋白质的RNA 分子称为编码RNA，也称信使RNA（mRNA）；不能翻译成蛋白质的 RNA 分子称非编码RNA（ncRNA）。微小RNA（MicroRNA）是ncRNA 的一种。

MicroRNA（miRNA）是一类具有调控功能的小分子非编码RNA，主要参与基因转录后水平的调控，对生物体的生长、发育、衰老和死亡等生命过程都有着重要的作用。近年来，大量研究结果表明，许多miRNA 可作为原癌基因或者抑癌基因，在肿瘤的发生和发展中扮演着重要的角色，其中miR-21 最受人重视。大量实验证明，在多种肿瘤细胞中，miR-21 的表达均出现显著异常，揭示miR-21 作为一个致癌miRNA，在多种肿瘤的发生和发展中起着重要的作用。因此，本产品选用癌症标志物miR-21 作为检测对象，进行实时动态监测。

3 应用前景

据2019年国家癌症中心发布的最恶性肿瘤发病数据，近十年我国癌症的新发人数和死亡人数逐年增加。平均每分钟就有7.5 人被确诊为癌症，4.4 人死于癌症，癌症已成为当前危及人类生命健康的第一杀手。癌症防治的唯一出路为“三早”，即早发现、早诊断、早治疗。据临床数据统计，一般癌症早、中、晚期发现的治愈率有显著差异，早期发现的5年以上治愈率高达90%，而中晚期发现的5年以上治愈率大多在40%以下，可见早诊早治是癌症治愈的重要保障。探癌者，致力于多种癌症的早期筛查与预防技术的研究应用，能够帮助人类减少因恶性疾病所导致的健康损伤与生命财产损失。