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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
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用膠體金微粒子進行前列腺癌檢測，通過納米技術(shù)改進檢測方法 已有1人參與
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用膠體金微粒子進行前列腺癌檢測，通過納米技術(shù)改進檢測方法 2011/06/28 00:00 人體內(nèi)的癌細(xì)胞一旦惡化，就會釋放出許多被稱為“腫瘤標(biāo)志物”的特定物質(zhì)。調(diào)查這種腫瘤標(biāo)志物的濃度后，有助于判斷癌癥是否惡化以及惡化的程度。大型引線鍵合廠商田中貴金屬工業(yè)利用金（Au）微粒子的制造及表面處理技術(shù)，開發(fā)出了僅用15分鐘即能判斷出結(jié)果的高精度前列腺癌診斷試劑盒。 田中貴金屬工業(yè)（總部：東京）2010年9月宣布，開發(fā)出了使用直徑約60nm的金（Au）微粒子的“前列腺癌診斷試劑盒”。該公司近幾年為進軍診斷試劑領(lǐng)域一直在推進研發(fā)。此前已經(jīng)開發(fā)出過流感病毒診斷試劑盒等，該公司技術(shù)開發(fā)部門平塚科技中心醫(yī)療部總經(jīng)理兼開發(fā)小組負(fù)責(zé)人巖本久彥神情豪邁地表示，“此次的產(chǎn)品是有望全面改進以往檢測方法的新技術(shù)”。 此次開發(fā)的技術(shù)的關(guān)鍵是使納米級Au微粒子分散到膠體（＊1 膠體金）中的制造及表面處理技術(shù)（圖1）。田中貴金屬工業(yè)是全球最大的Au引線鍵合廠商，在使用Au的技術(shù)方面積累了眾多技術(shù)。貴金屬膠體的制造及表面處理技術(shù)是制造各種催化劑及金膏時所需的核心技術(shù)。對此，巖本自信地表示，“在全球一直處于領(lǐng)先地位”。 [table=230][tr][td]   [/td][/tr][tr][td]圖1：制造大小及形狀均勻的Au微粒子圖像中的Au微粒子直徑分別為5nm、20nm、40nm及60nm，均可在5n～150nm范圍內(nèi)分別制造。左下方比例尺的長度均為50nm。[/td][/tr][/table]＊1 膠體是指微粒子及細(xì)小液滴等分散到液體及氣體中的狀態(tài)。利用膠體制造的Au微粒子大多被稱為膠體金。 可簡便地檢測 田中貴金屬工業(yè)開發(fā)的診斷試劑盒采用了名為“免疫層析法”的方法，這并不是新方法。比如，目前市面上銷售的利用尿液檢測是否懷孕的懷孕檢查藥物就使用了該方法。但用于檢測前列腺癌時，其靈敏度較低，在初篩診斷等中，只有極少一部分使用了該方法。目前的主流方法是專家使用專用裝置進行檢測的“ELISA法”。 免疫層析法與ELISA法均通過測量腫瘤標(biāo)志物的濃度來診斷是否患有前列腺癌。如果患有前列腺癌，血液中的PSA（Prostate Specific Antigen，前列腺特異性抗原）會增加。能夠檢測出腫瘤標(biāo)志物PSA，就有助于診斷是否患有前列腺癌＊2。 ＊2 通過PSA進行的腫瘤標(biāo)志物檢查，主要要求2種靈敏度。即使健康的人前列腺也會釋放PSA，因此在診斷等篩查時會出現(xiàn)4～10ng/mL的診斷灰區(qū)（Gray Zone）。如果利用此前的免疫層析法，檢測范圍限制在4ng/mL左右。另一方面，動過前列腺癌手術(shù)摘除前列腺的患者因為PSA釋放量減少，所以即使是0.2ng/mL也存在癌癥復(fù)發(fā)的危險性。此次的開發(fā)技術(shù)還支持需要檢測更低濃度的復(fù)發(fā)檢查。 兩種方法的檢測時間比較如下表所示。ELISA法是免疫檢測中比較簡單的方法，但要使用專用裝置，因此需要接受過專業(yè)教育及訓(xùn)練的操作者才能進行。由于可同時進行大量血樣檢測，因此該方法主要面向血液檢測中心及大型醫(yī)院。不過，檢測時間需要3小時左右，如果接受檢測的人較多時，患者為了接受檢測和聽取檢測結(jié)果，必須去兩次醫(yī)院。 [table=430][tr][td]   [/td][/tr][/table]免疫層析法只需在診斷試劑盒中滴入血液和顯影劑，無需特殊的技能（圖2）。普通的開業(yè)醫(yī)師和護士就可進行診斷。并且只需15分鐘就能知道結(jié)果，因此診斷一次就能知曉檢測結(jié)果。如果法律上允許，患者也可在家中自我檢測。這樣還可以大幅降低檢測成本。不過，如上所述，其靈敏度較低。因此，Au微粒子的制造及表面處理技術(shù)在此就派上了用場。這是因為靈活運用Au微粒子，可大幅提高免疫層析法的靈敏度。 [table=230][tr][td]  [/td][/tr][tr][td]圖2：滴入血液及血清檢測只需滴入含有PSA的血樣（血液、血漿及血清）及顯影劑便可檢測。照片為滴入摻有血清和顯影劑的樣本時的情景。也可不摻雜依次滴入。[/td][/tr][/table]均一的Au微粒子不可或缺 診斷試劑盒在特定場所滴入血樣（血液、血漿及血清）等之后，這些血樣會利用毛細(xì)管現(xiàn)象漸漸進入多孔膜中。血樣中如果含有0.2ng/mL以上的PSA，檢測線（最初的線）會變成紅色，這樣便可確診（圖3，4）。 PSA如同前列腺特異性抗原這個名字所表述的那樣，是抗原的一種，因此會與特定的抗體結(jié)合（抗原抗體反應(yīng)）。Au微粒子的第一個作用是固定與PSA結(jié)合的抗體（在此以抗體A表示）。如果PSA與抗體A完全結(jié)合，PSA的濃度即使很低也可確切檢測出來。因此，讓眾多的抗體固化在Au微粒子表面對提高靈敏度是不可或缺的。 為此，首先必須不摻雜無法與抗體固化的小直徑Au微粒子。具體指Au微粒子的直徑需要達(dá)到20nm以上。 Au微粒子可在水溶液中還原Au化合物，在保持膠體狀態(tài)穩(wěn)定的同時進行制造，并在膠體狀態(tài)下提供使用。田中貴金屬工業(yè)擁有在直徑一致的狀態(tài)下制造直徑5n～150nm的Au微粒子的技術(shù)。用于此次診斷試劑盒的Au微粒子的直徑約為60nm，幾乎不含20nm以下的Au微粒子。 另外，通過化學(xué)處理Au微粒子的表面，出現(xiàn)了一種類似“胡須”的物質(zhì)。因為抗體的反應(yīng)位置是發(fā)生在Y字狀的二個分叉部分，因此該部分朝向外側(cè)容易發(fā)生反應(yīng)。而胡須的根部為Y字狀，并可使兩個分叉朝向外側(cè)。在這一化學(xué)表面處理中，除了田中貴金屬工業(yè)擁有的Au微粒子制造技術(shù)之外，還新追加了生物化學(xué)方面的知識。此次的新前列腺癌診斷試劑盒開發(fā)成功關(guān)鍵在于，在該公司于工業(yè)領(lǐng)域積累的Au微粒子技術(shù)中追加了生物化學(xué)技術(shù)。  圖3：顯示紅色后通知 PSA濃度較高時，會出現(xiàn)2條紅線（里面）�？拷蚁路降稳肟诘臏\紅色線被稱為檢測線，可利用該線檢測出PSA。離滴入口較遠(yuǎn)的線名為對照線，在進行正常檢查時，通常會變成深紅色。 這些PSA與抗體A及Au微粒子結(jié)合形成的復(fù)合體會進入多孔膜中，最終到達(dá)檢測線（圖4）。檢測線上已事先固定了抗體B。因該抗體B也會與PSA反應(yīng)進行結(jié)合，所以PSA、抗體A及Au微粒子的復(fù)合體會被抗體B固定在檢測線上。 Au微粒子此時會發(fā)揮其第二個作用。利用等離子體效果顯示顏色。該效果是指Au及銀（Ag）納米級微粒子中的自由電子與光產(chǎn)生共振來吸收特定波長光的現(xiàn)象。Au的納米微粒子會吸收綠色的光，因此會看到它的補色——紅色。吸收的波長根據(jù)粒子的形狀而改變，因此Au微粒子的形狀幾乎呈圓球狀，這樣可使紅色更加鮮亮。鮮亮的紅色對比度較高，因此可進一步提高靈敏度。 [table=430][tr][td]  [/td][/tr][tr][td]圖4：PSA檢測的運行機制滴入的抗原（PSA）與固定抗體的Au微粒子結(jié)合后，進入多孔膜中，測試線會因此變成紅色。未與抗原結(jié)合的抗體固定Au微粒子會進一步進入，在對照線處與抗體C結(jié)合，從而變成紅色。利用對照線變色可確認(rèn)此次檢測是否正確。[/td][/tr][/table] 關(guān)于高效發(fā)揮Au微粒子等離子體效果的方法，田中貴金屬工業(yè)得到了大阪大學(xué)研究生院工學(xué)研究科教授民谷榮一的協(xié)助。 可用血液檢查 此次開發(fā)的診斷試劑盒的另一個特點是，可直接使用血液作為血樣。在其他檢測中已實現(xiàn)實用化的免疫層析法基本上都是使用血清作為血樣進行檢查（診斷流感病毒時還使用鼻涕等）。使用血清需要進行前處理，在沒有相關(guān)設(shè)備的診療所及家中等地就無法進行檢測＊3。 ＊3 如果是血液，因備有可簡單采集血液的器具，如果法律上允許，便可在家中進行檢測。 新開發(fā)的診斷試劑盒可使用血液是因為該產(chǎn)品控制了紅血球的破裂。利用免疫層析法檢查時，為了使血樣順利移動到多孔膜中，在顯影劑中添加了表面活性劑。表面活性劑具有溶解紅血球細(xì)胞膜的作用，因此血紅蛋白就會溶解出來后，整個診斷試劑盒會呈鮮紅色（圖5）。這樣就無法進行檢測，因此要使用除去紅血球的血清。  [table=430][tr][td]  [/td][/tr][tr][td]圖5：紅血球破裂成問題所在如果以血液作為血樣，使用普通的顯影劑，紅血球就會破裂，無法進行檢測。Au微粒子保持部利用Au微粒子的等離子體效果，看上去呈淺粉色。[/td][/tr][/table] 開發(fā)部結(jié)合使用兩項技術(shù)解決了這一問題。首先，找到了一種不易使紅血球細(xì)胞膜溶解的特殊表面活性劑。另外還結(jié)合使用了甘露醇。甘露醇是一種用于瘦身甜調(diào)味料等的糖醇，具有包住并保護紅血球的作用。通過采取這兩項對策，可最大限度控制紅血球的破裂現(xiàn)象，因此可利用血液作為血樣進行檢測。 與合作伙伴聯(lián)手開展業(yè)務(wù) 此次的技術(shù)如果更改抗體的話，還可用于檢測其他癌癥的腫瘤標(biāo)志物。比如除了前列腺癌，還可用于診斷食道癌、肺癌、乳腺癌、肝癌、胃癌及大腸癌等各種癌癥。其中，田中貴金屬工業(yè)最初選用前列腺癌是有理由的。這是因為前列腺癌的腫瘤標(biāo)志物準(zhǔn)確度最高。 “關(guān)于前列腺癌的診斷，最重要的便是名為PSA的腫瘤標(biāo)志物的采血。PSA是十分敏感的腫瘤標(biāo)志物，基本上只能檢測出前列腺是否異�！保ㄔ醋試┌Y研究中心運營的“癌癥信息服務(wù)”Web網(wǎng)站）。 而肺癌主要使用5種腫瘤標(biāo)志物，反應(yīng)為癌癥的比率（陽性率）僅為17～58％1）。其中的CEA（Carcinoembryonicantigen，癌胚抗原）不僅肺癌，如果患者的大腸及胃等消化器官部分的癌癥，也會大幅增加，因此很難診斷出是哪里得了癌癥。而PSA只對患有前列腺癌出現(xiàn)反應(yīng)。 對于田中貴金屬工業(yè)來說，其實這并不是該公司首次在醫(yī)療領(lǐng)域開展業(yè)務(wù)。大約10年前，該公司就將鉑（Pt）微粒子作為抗癌藥的原料提供給制藥廠商。但僅靠單一供應(yīng)原料，利潤幾乎不增加。而此次的前列腺癌診斷試劑盒則成功地進入醫(yī)療的下游領(lǐng)域。 田中貴金屬工業(yè)為了使該前列腺癌診斷試劑盒實現(xiàn)商品化，正在尋找在醫(yī)療器械等領(lǐng)域擁有銷路的合作伙伴。該公司在技術(shù)方面已沒有問題，目前正在向如何構(gòu)建業(yè)務(wù)體制方面轉(zhuǎn)移工作重點。（記者：高田 憲一） ■日文原文：Auコロイドでがんを見つける、ナノ粒子の技術(shù)で検査法を革新へ |
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