肿瘤细胞凋亡检测及肿瘤细胞检测新方法研究

摘要

癌症(cancer),又称作恶性肿瘤(malignanttumor),是人类健康最险恶的敌人之一,恶性肿瘤细胞一旦形成,其正常的细胞凋亡机制将发生重要的变化,从而导致肿瘤细胞无限增殖,肿瘤细胞不断地侵蚀到患者全身的各个器官时,就会产生毁灭性的影响,全世界每年都有许多人因为身患各种癌症而去世。一方面,诱导肿瘤细胞凋亡(apoptosis)是现在治疗癌症的一种重要的方法,细胞凋亡被广泛认为是细胞程序性死亡的一种有特色的、重要的模式,细胞程序性死亡是基因决定的细胞减少。细胞凋亡在细胞生长和衰老过程中正常发生,并且作为一种平衡机制来维持组织中细胞的数量。细胞凋亡是通过一种多点紧密调节的复杂信号级联反应发生的,因此有很多的机会能够评价所涉及蛋白的活性。然而,同样重要且值得一提的是,已经有文献报道细胞程序性死亡的其它形式,而且预计将发现更多种其它形式。对凋亡的肿瘤细胞进行检测,可以判定治疗效果以及预后,是癌症治疗当中非常重要的一部分。另一方面,如果能够在早期及时发现癌症,就能及早治疗,提高患者的存活率,因此需要开发更好的肿瘤细胞检测方法。核酸适体(aptamer)的出现,为肿瘤细胞的检测方法发展,提供了千载难逢的机会。
　　本论文主要对恶性白血病细胞的凋亡检测开展了一系列研究,另外,也开发了一种新的白血病细胞检测方法,取得了一些很有价值的成果。本论文的主要研究工作如下:
　　1.构建了一种基于金纳米粒子非共价交联变色的比色方法用于检测细胞凋亡。半胱天冬酶家族(caspases)中的caspase–3是细胞凋亡早期一种非常重要的物质,它能特异性地识别含有天冬氨酸–谷氨酸–缬氨酸–天冬氨酸(Asp–Glu–Val–Asp,DEVD)序列氨基酸的多肽,并在碳端的天冬氨酸后选择性地切断多肽。基于此,我们设计了一条含有DEVD的多肽序列Ac–Gly–Asp–Glu–Val–Asp–Cys–Cys–Arg–NH2(GR–8)做为caspase–3的底物,在被切断前,GR–8加入金纳米粒子溶液中时,能够保持柠檬酸根离子包裹的金纳米粒子(带负电)的静电稳定性;被caspase–3切断后,一条含有两个巯基并带正电的Cys–Cys–Arg–NH2(CR–3)被释放出来,CR–3严重影响了金纳米粒子的静电稳定性,从而引起金纳米粒子的聚集。通过测量金纳米粒子聚集前后650nm处与520nm处的紫外-可见吸收比值(Abs650/Abs520),可以反映caspase–3的活性,而caspase–3的活性反映了细胞凋亡的情况。该方法可以用来定量检测caspase–3活性和定性检测细胞凋亡。
　　2.提出了一种基于银增强金纳米粒子标记方法的新型检测策略,用于灵敏及可视化地检测早期凋亡细胞。首先通过层层自组装的方法将膜联蛋白(Annexin–V)修饰在金电极基底上,用以特异性捕捉早期凋亡细胞。接着,合成了一种新型的氨基苯硼酸修饰的金纳米粒子(APBA–GNPs),用以标记细胞和作为银增强过程的基底。最后,采用阳极溶出伏安法(ASV)灵敏地检测银离子,银离子的量反映了凋亡细胞的量。线性范围为1×102至3.5×103个细胞,检出限达到38个凋亡细胞。另外,银增强完成后,在基底表面沉积的银颗粒达到一定量时,会出现人眼可见的灰色或者黑色,因此可以用作可视化和类似于ELISA的方法检测细胞凋亡。这个方法不仅灵敏和可视,而且简便、快速和经济。该方法有潜力用于诊断细胞凋亡,这对评价早期治疗效果和评价病程进展以及诊断非常重要。
　　3.构建了一种非常快捷、简便、无标记的早期细胞凋亡压电检测方法。通过电聚合在石英晶体微天平金电极表面形成一层不溶于水或某些有机溶剂的聚邻苯二胺(Po-PD)膜,膜上有未反应的氨基。通过戊二醛交联将链霉亲和素固定在Po-PD膜表面;然后,将生物素标记的膜联蛋白(biotin–Annexin–V)通过亲和素–生物素反应结合在链霉亲和素上,制得了一种新型的细胞凋亡压电传感器。凋亡细胞能够与Annexin–V结合,其能够引起的石英晶体共振频率变化(Δf)要大于正常细胞在石英晶体表面引起的共振频率变化,所以可以用该传感器来区分凋亡细胞和正常细胞,并进行定量。该方法检测限可以达到52个细胞。该传感器构造简单,操作简便,一步实现了靶细胞的无标记识别和检测,并且非常灵敏,可用于多种肿瘤细胞的凋亡检测。
　　4.构建了一个非常简便的夹心结构的恶性白血病细胞电化学检测平台。该方法首先通过Au-S作用将巯基修饰的CCRF-CEM细胞特异性核酸适体sgc8c-SH修饰到电极表面并进行位点封闭,修饰好的电极可以用来特异性捕获CCRF–CEM细胞,然后在细胞表面标记上APBA–GNPs,并且以金纳米粒子做为银增强过程的基底,最后通过ASV技术检测溶解的银离子的量,其能够反映电极表面细胞的量。该方法非常灵敏,其检出限能够达到15个细胞。有潜力应用于其它白血病细胞或者其它肿瘤细胞的检测。

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第1章 绪论

1.1 细胞凋亡及其检测

1.2 金纳米粒子及其在肿瘤细胞检测中的应用

1.3 石英晶体微天平及其在生物传感中的应用

1.4 核酸适体及其在肿瘤细胞检测中的应用

1.5 本文构思

第2章 使用未修饰的金纳米颗粒的非共价交联比色法检测细胞凋亡

2.1 前言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.3 本章小结

第3章 在膜联蛋白Annexin–V修饰的界面上进行灵敏及可视化检测早期凋亡细胞的双读出方法

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 膜联蛋白Annexin?V修饰的压电生物传感器用于灵敏检测肿瘤细胞凋亡

4.1 前言

4.2 材料与方法

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 金标记银放大超灵敏特异性检测白血病细胞

5.1 前言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

结论

参考文献

附录 攻读学位期间所发表的学术论文目录

致谢