基于新型编码载体光子晶体微球的肿瘤多元检测

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目的:   肿瘤是人类死亡的主要原因之一,近50年来癌症发病率和死亡率一直处在上升趋势。早期预防、早期诊断是治愈癌症、提高存活率的关键。肿瘤标志物已成为早期发现肿瘤和疗效观察的有效手段,但目前单个肿瘤标志物敏感性偏低,普遍采用联合检测提高阳性率。因此,用高通量的芯片技术同时检测多个肿瘤标记物用于早期诊断和监测治疗效果,已成为临床医学研究的热点之一。液相芯片技术是今年来发展起来的新型芯片,因为所有的反应在混悬于液相中的微球表面上进行故也可称为也称为微球体悬浮芯片液相芯片技术将流式检测技术与芯片技术有机地结合在一起,一方面大大延伸了流式检测平台,另一方面也使芯片技术取得重大的突破:在保持高通量检测的同时,将反应体系由液相一固相反应改变为接近生物系统内部环境的完全液相反应体系以微球体代替细胞作为反应载体,进行抗原和抗体,酶和底物,配体和受体的结合反应及核酸杂交反应,通过红、绿两束激光分别检测微球编码和报告荧光来达到定性和定量的目的检测平台目前它在在肿瘤检测中已被广泛应用,包括肿瘤基因表达、单核苷酸多态性(SNP)及肿瘤标志物的检测等方面,近几年来以此为平台的产品开发和应用十分活跃被喻为后基因组时代的芯片技术。现在液相芯片大都基于荧光染料编码,但是使用荧光染料进行编码也有不少缺点,包括储存时光的衰减以及编码荧光和检测标记荧光之间的干扰和淬灭。鉴于此,我们提出使用光子晶体微球作为液相芯片的载体。它是通过反射峰编码,由于峰位是基于光子晶体微球的固有结构,所以非常稳定,通过不同大小的硅纳米粒子可以组装具有不同反射峰的光子晶体微球,其成本比较低,能够大规模生产。建立了以光子晶体微球为载体,化学发光免疫分析和双色荧光标记为基础的多元液相阵列检测技术。在蛋白检测中,优化了体系的各项影响因素,包括反应时间、减少非特异性吸附及抗体的浓度。将上述新免疫检测新方法应用于对癌胚抗原(CEA)和甲胎蛋白(AFP)的检测。并探讨了对基因表达多元检测的可行性。   方法:   1.用食人鱼洗液处理光子晶体微球6小时,然后用水清洗,氮气吹干后和5%氨丙基三乙氧基硅烷酒精溶液反应4个小时使表面氨基化,接着加入2.5%戊二醛,室温下反应4小时使光子晶体微球表面醛基化。   2.用食人鱼洗液处理光子晶体微球6小时,然后用水清洗,氮气吹干后用5%GMPS苯溶液处理过夜,使其硅烷化,用甲苯、酒精和灭菌水各清洗三次。   3.用醛基化的光子晶体微球结合兔、鼠和人IgG,检测相应辣根过氧化酶标记的羊抗兔、鼠和人IgG。   4.用醛基化的光子晶体微球结合鼠抗人癌胚抗原和甲胎蛋白一抗,通过化学发光夹心法检测癌胚抗原和甲胎蛋白。   5.用硅烷化的光子晶体微球结合氨基标记的寡核苷酸探针与互补的Cy3和Cy5标记的核苷酸杂交。   结果:   1.当检测辣根过氧化酶标记的羊抗兔IgG时,光子晶体微球的检测限是0.05ng/ml,明显低于相同直径的玻璃珠和芯片的检测限18ng/ml125ng/ml。   2.光子晶体微球液相芯片具有很好的可重复性,检测1、10010000ng/ml辣根过氧化酶标记的羊抗兔IgG的组内和组间差异分别是8.2%、7.0%;5.6%、6.9%和3.696、3.9%。   3.检测CEA和AFP的线性范围分别为0.5-100ng/ml和1-120ng/ml,检测限分别为0.12和0.16 ng/ml。   4.25个临床血清标本的检测结果与参考方法电化学发光法(ECLIA)相比CEA的相关系数r=0.960,P<0.01,AFP的r=0.983,P<0.01。   5.基于光子晶体微球的液相阵列检测核酸,红绿荧光的本底低,非特异性吸附比较理想,杂交时间快速。   结论:   1.新型液相芯片载体的编码方式是特征性的发射峰,非常稳定,结合其高表面积体积比和化学发光可以进行高通量和高灵敏的化学发光免疫分析   2.在优化了化学发光反应条件后,光子晶体微球液相芯片显示了很高的灵敏性,良好的可重复性和存储稳定性。   3.检测临床样本CEA和AFP时与ECLIA法的血清检测值之间存在显著的等级相关关系。   4.基于光子晶体微球的液相阵列可进一步优化条件用于基因表达的检测。   5.基于光子晶体微球的液相阵列很适合用于临床肿瘤病人诊断和疾病筛查。这项技术将有广泛的应用前景。
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