【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)儀器科學(xué)與工程學(xué)院現(xiàn)代顯微儀器研究所(以下簡(jiǎn)稱“儀器學(xué)院顯微所”)、新加坡南洋理工大學(xué)和黑龍江省中醫(yī)藥科學(xué)院合作團(tuán)隊(duì)提出了一種新型人源腫瘤細(xì)胞篩選與檢測(cè)方法，突破了現(xiàn)有腫瘤細(xì)胞檢測(cè)技術(shù)在靈敏度、檢測(cè)通量和診斷效率等方面的限制。研究成果以《基于超光譜芯片面向腫瘤細(xì)胞篩選和量化的三維空間圖譜》(Hyperspectral Metachip-Based 3D Spatial Map for Cancer Cell Screening and Quantification)為題發(fā)表在《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)上。
 

　　圖1 (a)超構(gòu)傳感芯片陣列和單元顯微鏡下的照片 (b)設(shè)計(jì)的單元結(jié)構(gòu)近場(chǎng)增強(qiáng)分布圖 (c)太赫茲測(cè)試系統(tǒng)示意圖 (d)多通道投射光譜測(cè)試結(jié)果 (e)不同通道品質(zhì)因數(shù)的仿真與測(cè)試結(jié)果 (f)共振峰移動(dòng)與分析物折射率之間的關(guān)系 (g)折射率靈敏度曲線
 

　　腫瘤早期篩查是科學(xué)防治癌癥的重要一環(huán)。傳統(tǒng)的早篩過(guò)程中針對(duì)人源腫瘤細(xì)胞診斷方法存在靈敏度低、副作用大、成本高、設(shè)備體積龐大、操作程序復(fù)雜、對(duì)臨床經(jīng)驗(yàn)要求高等問(wèn)題，并且在醫(yī)療條件不佳的偏遠(yuǎn)地區(qū)難以普及，容易使癌癥患者錯(cuò)過(guò)最佳的治療時(shí)機(jī)。因此，開(kāi)發(fā)新型無(wú)標(biāo)記、低成本、快速精準(zhǔn)、對(duì)生物組織無(wú)害、人工操作簡(jiǎn)易的腫瘤細(xì)胞檢測(cè)方案對(duì)提升癌癥早期患者治療成功率和我國(guó)整體醫(yī)療水平具有重要意義。
 

　　圖2 不同人源腫瘤細(xì)胞樣本對(duì)應(yīng)的高維光譜特征及降維過(guò)程 (a)A549 (b)HGC-27 (c)PANC-1 (d)U2OS (e)HepG2 (f)提出的人源腫瘤細(xì)胞三維空間圖譜 (g)在額外的腫瘤細(xì)胞樣本集下的檢測(cè)結(jié)果，以混淆矩陣的形式展示
 

　　本研究創(chuàng)新性提出了一種基于太赫茲多通道超構(gòu)傳感芯片的人源腫瘤細(xì)胞三維空間圖譜，可以高效檢測(cè)不同人源腫瘤細(xì)胞的種類和濃度。研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的太赫茲多通道傳感芯片由結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊的超構(gòu)單元組成，具有優(yōu)異的品質(zhì)因數(shù)、環(huán)境折射率靈敏度以及濃度靈敏度，可無(wú)標(biāo)記地有效捕獲人源腫瘤細(xì)胞多個(gè)通道下的初始光譜特征。此外，團(tuán)隊(duì)還基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法將不同腫瘤細(xì)胞樣本對(duì)應(yīng)的高維光譜特征降維至低維向量，即三維空間圖譜中的一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，顯著提升了檢測(cè)效率和分辨力，并且操作過(guò)程無(wú)需豐富的臨床經(jīng)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)證明，該檢測(cè)方法可有效區(qū)分和篩選五種來(lái)自不同人體部位的腫瘤細(xì)胞及其濃度，在額外的腫瘤樣本集下檢測(cè)成功率為93.33%。研究提出的解決方案將促進(jìn)癌癥早篩過(guò)程中腫瘤細(xì)胞檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，并為新型高通量生物傳感系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供新的契機(jī)。
 

人源腫瘤細(xì)胞三維空間圖譜構(gòu)建過(guò)程
 

　　哈工大為論文第一單位。儀器學(xué)院顯微所博士研究生趙子涵、電子與信息工程學(xué)院博士研究生唐曉聰和新加坡南洋理工大學(xué)紀(jì)昌銀博士為共同第一作者。儀器學(xué)院顯微所教授丁旭旻、南洋理工大學(xué)助理教授胡光維和黑龍江省中醫(yī)藥科學(xué)院副研究員蒙艷麗為通訊作者。哈工大儀器學(xué)院劉儉教授對(duì)研究工作提供指導(dǎo)和支持。
 

　　該研究工作獲國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助。