中科院理化所王树涛与北医三院张树栋：具有纳米伪足的仿免疫细胞磁珠用于PSA灰区中前列腺癌诊断

  磁性颗粒因其易于携带、分离装置简单且分离操作容易的特点，在蛋白提纯、外泌体捕获、核酸提取、细菌检测和细胞分离等生物分离和检验测试领域中被大范围的应用。然而，目前市场上主流的商业磁性颗粒（SMPs）是通过抗原-抗体之间分子识别作用实现生物物质分离。这些商业磁性颗粒能够高效分离分子水平的生物物质，却常在高效分离细胞时遇到瓶颈。

  PSA筛查是目前临床上常用的前列腺癌早期筛查手段。PSA浓度越高，病人患癌症可能性越大。但是当PSA浓度在4-10 ng mL -1 时，临床上无法确认病人是否患癌症。肿瘤液体活检主要是指以外周血液为主的体液标本检测，是目前精准医疗的最前沿领域之一，临床应用价值极其显著。目前循环肿瘤细胞（CTCs）检测是液体活检领域很成熟的技术。但目前的CTCs检测技术效率都较低（~ 30%）。因此，迫切地需要开发一种易于制备、能高效检测CTCs且具有表面结构的磁性颗粒。近日，中科院理化所王树涛研究员课题组与北医三院张树栋教授课题组合作在该研究领域取得了新进展（Advanced Materials,2023, DOI: 10.1002/adma.202303821）。

  磁分离是目前生物分离与检验测试领域中常用的分离手段。近年来，人们发展了多种制备磁性颗粒的方法，比如，乳液聚合法、细胞复型法等。这一些方法制备的磁性颗粒，有些是光滑的表面，当其分离细胞时，其分离效率较低，或者需要远超于细胞数量的磁性颗粒才能实现较为高效的细胞捕获效率；另一部分表面具有粗糙结构的磁性颗粒，能轻松实现较为高效的细胞捕获，但是其制备方法严苛，不易于实现大规模制备。

  研究团队受免疫细胞启发，提出利用静电调控的乳液界面聚合策略在磁性颗粒表面构筑纳米伪足（NFMPs），利用分子识别与拓扑匹配的双重粘附策略，实现对循环肿瘤细胞（CTCs）的高效捕获，用于PSA灰区的前列腺癌精准诊断。

  图1：受免疫细胞启发的NFMPs用于提高CTCs捕获效率有望实现特异且灵敏的前列腺癌诊断（图片来自：Advanced Materials）

  免疫细胞的表面有着非常丰富的伪足结构，这有助于捕获CTCs。受此启发，作者通过乳液界面聚合法制备了一种磁性颗粒（NFMPs），其表面有着非常丰富的与免疫细胞伪足直径相近的结构。与仅通过抗原-抗体相互作用捕获CTCs的SMPs不同，NFMPs利用表面纳米伪足通过结构匹配作用结合分子识别作用来捕获CTCs，有效提升CTCs捕获效率（86.5% ± 2.8%），可用于PSA灰区的前列腺癌精准诊断。

  仅依靠PSA浓度不能有效区分前列腺癌症病人与非前列腺癌症病人。用NFMPs检测血液中的CTCs，并计数。引入CTCs阈值（1.5）之后，在PSA灰区中NFMPs能够达到88.9%的前列腺癌诊断准确率。

  该研究成果发表于国际材料领域权威期刊《先进材料》上（Advanced Materials,2023, DOI: 10.1002/adma.202303821）。该论文共同第一作者为中科院理化所博士研究生张玥和北医三院副主任医师张帆。通讯作者为中科院理化所王树涛研究员和北医三院张树栋教授。研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院重点研究项目、中国科学院国际合作项目与北京市自然科学基金的资助。

  王树涛，现任中国科学院理化技术研究所党委书记、副所长、研究员。团队主要是做仿生多尺度粘附可控界面材料的研究，揭示自然界中特殊的界面粘附现象与机制，设计与制备系列仿生多尺度可控粘附界面材料，探索其在医疗健康、能源、环境等领域的应用。在相关领域发表SCI论文240余篇，这中间还包括Nature, Nat. Mater., Nat. Commun., Sci. Adv., Adv. Mater., Angew. Chem., J. Am. Chem. Soc., Proc. Natl. Acad. Sci. USA，引用26000余次。授权中国专利22项，美国专利2项。中科院仿生材料与界面科学重点实验室副主任，中国化学会仿生材料化学专业委员会副主任，中国化学会青年工作委员会主任。入选国家杰青，国家“万人计划”领军人才，长江学者岗位特聘教授，科睿唯安中国高被引科学家，英国皇家化学会会士，中国化学会会士，“Top 1%高被引中国作者”榜单（综合化学领域）等。曾获2010年世界科技奖提名，2013年中国化学会青年化学奖，2017年中国科学院青年科学家奖，2018年Nano Research Young Innovators Award in NanoBiotech (45 under 45)，2020年唐立新优秀学者等奖项。