世界卫生组织指出,如能早期诊断并及时治疗,95%的肿瘤可以治愈。肿瘤标志物在肿瘤普查、诊断、判断预后、评价疗效和高危人群随访观察等方面都具有较大的实用价值。随着现代生物技术(包括蛋白质组、ELISA、RT-PCR、FISH和SELDI-TOF等)的飞速发展,发现了许多有应用前景的肿瘤标志物。目前临床应用的标志物达到20左右,但因单项肿瘤标志物敏感度和特异度较低,无法准确诊断肿瘤和预测预后。国内外研究表明,多肿瘤标志物联合动态检测是提高肿瘤诊断可行性策略。目前临床上常用的多肿瘤标志物蛋白芯片检测(C-12蛋白芯片),含有12种(糖类抗原19-9(carbohydrate antigen19-9,CA19-9),神经元特异性烯醇化酶(neuron specific enolase,NSE),癌胚抗原(carcinoembryonic antigen,CEA),糖类抗原242(carbohydrate antigen 242,CA242),糖类抗原125(carbohydrate antigen125,CA125),糖类抗原15-3(carbohydrate antigen153,CA15-3),甲胎蛋白(alpha-fetoprotein,AFP),铁蛋白(Ferritin, Fer),游离型前列腺特异性抗原(free prostate specific antigen,F-PSA),前列腺特异性抗原(prostate specific antigen,PSA),生长激素(human growth hormone,HGH)及绒毛膜促性腺激素β(β-HCG)等12种肿瘤标志物,涵盖了大约10种常见的恶性肿瘤,适用于健康人群的体检、筛查及进行肿瘤的辅助诊断。但在具体应用过程中发现C-12蛋白芯片具有诊断灵敏度低、特异度低、分析困难、无法准确定位等缺点,限制其临床的进一步应用。发展高灵敏的免疫分析技术对于肿瘤标志物的检测有着至关重要的意义。电化学免疫传感器利用抗原和抗体间的高度特异性结合,将免疫分析法和电化学传感器相结合,该传感器具有灵敏度高,分析速度快,操作简便、价格低廉及选择性好等优点,被广泛应用于临床诊断领域。纳米生物技术是纳米技术与生物技术交叉渗透形成的新技术,是生物医学领域的一个重要发展方向。纳米粒子具有优良的电学、磁学、光学性质以及优越的生物相容性,可用于固定抗体,在免疫分析中已得到广泛的应用。现今,免疫分析法和免疫传感器的研制成为检测肿瘤标志物的研究新兴技术。大量研究用于研发操作简便易行的传感器。尽管这个领域的技术具有不少优点,但是寻求一种更加简便,灵敏度更高,选择性更好的免疫方法仍然是现代医学检验和生物医学研究领域的研究热点。本研究用C-12蛋白芯片法检测2177例恶性肿瘤患者(肺癌836例,肝癌318例,胰腺癌84例,胃癌123例,肠癌338例,乳腺癌206例,卵巢癌47例,子宫内膜癌28例,食管癌197例)和2111例正常及良性疾病的非肿瘤患者的12项常见肿瘤标志物,并结合临床资料进行回顾性研究。进而应用Bayes法建立肿瘤判别诊断函数,提高C-12蛋白芯片对肿瘤诊断的准确率并探讨多肿瘤标志物蛋白芯片检测系统对恶性肿瘤诊断的临床意义。采用HTA、结合VBscript及Javascript语言编程,研制《多蛋白芯片肿瘤判别》软件。同时将纳米技术、生物传感技术和电化学分析技术结合用于免疫分析。应用纳米二氧化硅颗粒、纳米金包裹石墨烯纳米复合物、PB- SiO2纳米复合物和包裹了抗坏血酸(AA)和尿酸(UA)的脂质体等纳米材料,采用不同方法构建功能化生物分子固定界面,制备了一系列高灵敏的电化学免疫传感器。研究目的1.探讨多肿瘤标志物在10种常见肿瘤中的表达及其临床意义。2.通过Bayes法建立多肿瘤标志物判别函数,以明确肿瘤类型,提高肿瘤诊断准确率,比较多肿瘤标志物判别函数与C-12多肿瘤标志物蛋白芯片检测系统的差异和对肿瘤诊断的临床意义。进而研制基于多肿瘤蛋白芯片检测结果的肿瘤判别工具软件系统。3.将IgG抗体标记到辣根过氧化物酶(HRP)掺杂二氧化硅纳米颗粒表面(anti-IgG-SiO2-HRP),建立一种简单又灵敏的电化学免疫分析方法检测人血清中IgG的水平。4.制备纳米金包裹的石墨烯纳米复合物(NGGN)标记二抗,基于夹心免疫分析模式,建立一种新型高灵敏电化学免疫免疫传感器,用于检测血清中癌胚抗原(CEA)含量。5.使用PB-SiO2复合纳米粒子,壳聚糖-金纳米粒子复合物(CS-nanoAu)制备检测小细胞肺癌的性能优良的新型电化学免疫传感器。6.采用分别包裹了抗坏血酸(AA)和尿酸(UA)的脂质体作为信号放大的载体,构建了一种可同时检测小细胞肺癌血清标志物ProGRP和NSE的生物传感技术。研究内容和方法1.多肿瘤标志物在恶性肿瘤中的表达及其临床意义用蛋白芯片法检测2177例恶性肿瘤患者(肺癌836例,肝癌318例,胰腺癌84例,胃癌123例,肠癌338例,乳腺癌206例,卵巢癌47例,子宫内膜癌28例,食管癌197例)和2111例正常及患良性疾病的非肿瘤患者的12项常见肿瘤标志物,并结合临床资料进行回顾性研究。建立肿瘤蛋白芯片数据库和临床数据库。进而分析各肿瘤标志物在常见十种肿瘤中的表达及其临床意义。2.多肿瘤标志物判别函数的建立及诊断软件的研制应用Bayes法建立肿瘤判别诊断函数,比较12种肿瘤标志物和判别诊断函数对肿瘤诊断的准确率差异。并采用HTA、结合VBscript及Javascript语言编程。3.双重标记纳米二氧化硅颗粒电化学免疫传感器检测血清中IgG合成HRP掺杂纳米二氧化硅,然后将IgG抗体键合到纳米二氧化硅的表面,制得anti-IgG-SiO2-HRP并作为检测抗体,使用夹心免疫分析方法,在酶底物过氧化氢存在的条件下,免疫反应前后电流的变化与抗原的浓度成正比。4.新型纳米金包裹石墨烯纳米复合物检测癌胚抗原高灵敏电化学免疫传感器的研究。电沉积普鲁士蓝修饰玻碳电极,并在其表面电沉积一层纳米金,固载癌胚抗体蛋白。制备辣根过氧化物酶(HRP)交联的二抗标记的NGGN颗粒,利用夹心免疫分析方法实现对癌胚抗原的高灵敏检测。5.基于PB- SiO2纳米复合物的信号增强的免标记电化学免疫传感器用于检测神经化烯醇酶(NSE)利用层层自组装技术将PB-SiO2复合纳米粒子,壳聚糖-金纳米粒子复合物(CS-nanoAu)依次组装到玻碳电极表面形成具有高表面能和良好氧化还原活性的夹心结构纳米复合膜。6.基于脂质体信号增强的电化学免疫传感器同时检测血清中ProGRP和NSE采用分别包裹了抗坏血酸(AA)和尿酸(UA)的脂质体作为信号放大的载体,利用免疫反应的高特异性,结合电化学的高灵敏性,构建了一种可同时检测ProGRP和NSE的生物传感技术。采用“三明治”夹心形式,当固载的捕获抗体与待测物发生特异性的结合,再用表面固定了检测抗体并同时内部包埋了UA或者AA的脂质体夹心检测,最后用表面活性剂破乳,释放出电活性分子,通过检测UA和AA的线性扫描伏安(LSV)峰电流信号强度来检测样品中对应的ProGRP和NSE的浓度。研究结果1.多肿瘤标志物在恶性肿瘤中的表达及其临床意义1) 1209例体检者中,128例结果异常,阳性率为10.59%,显著低于肿瘤组(P<0.01)。12项肿瘤标志物检测结果显示其在体检组的诊断准确率为89.66%,肿瘤患者的诊断准确率为62.77%,灵敏度为66.11%,特异度为48.68%。2)单项指标中CEA、CA125和CA242阳性率分别为40.93%、29.78%和13.48%,与肺部良性疾病以及正常人群阳性率有统计学意义(P<0.05),其中CEA对肺癌诊断有统计学差异。肺腺癌的临床疗效病情分级与CA19-9、CEA、CA242、AFP以及CA125有相关性,鳞癌只与CA125具有相关性,小细胞肺癌与CA19-9、CA125有相关性。3)结直肠癌组蛋白芯片的阳性率为71.97%,显著高于结直肠良性病变和正常体检组。C-12芯片检测结直肠癌的灵敏度是71.97%,特异度是55.7%,阳性预测值是83.09%,阴性预测值是39.64%;联合检测的阳性率显著高于单项肿瘤标志物的检测(P<0.05)。CA19-9、CEA、CA242、AFP、β-HCG,HGH以及CA125阳性率明显高于良性病变组和正常体检组(P<0.05),同时CA19-9、CEA、CA242和CA125联合检测的灵敏度和准确率明显高于单项检测指标。CA19-9、CEA、CA242以及CA125表达强度和肿瘤预后相关。4)胰腺癌患者的阳性率(81.82%)显著高于胰腺良性病变患者(48.72%)和健康体检者(10.59%)(P<0.05)。CA19-9,CEA和CA242,其指标两两联合或三项联合检测较单项指标检测的敏感度和准确率都有所升高,但特异度有所下降。联合检测可提高敏感度和准确率,对诊断更有价值。5)用C-12芯片检测胃癌的灵敏度是50% ,显著高于胃良性病变患者(34.82%)和健康体检者(10.59%) ( P<0.05) ,有诊断意义的指标是CA19-9、CEA、CA125、CA242和HGH ( P<0.05) ,前面3项指标联合检测的敏感度为44.12 % ,准确率为59.22 %。6)用C-12芯片检测泌尿系肿瘤的阳性预测值是93.33%,阴性预测值是23.68%,特异度是81.81%,灵敏度是49.12%;男性生殖系肿瘤的阳性预测值是64.86%,阴性预测值是46.15%,特异度是48%,灵敏度是62.16%。在前列腺癌中,PSA和f-PSA联合检测时在其灵敏度不变的情况下,特异度可达到90%,并与前列腺良性病变之间有显著性差异(P<0.01)。对于泌尿系肿瘤和男性生殖系肿瘤,C-12芯片的联合检测的阳性率与单项肿瘤标志物检测有明显差异(P<0.05)。2.多肿瘤标志物判别函数的建立及诊断软件的研制1)成功建立了多肿瘤标志物的三级诊断判别函数。2)一级判别函数诊断的特异度为82.11%,灵敏度为71.28%,准确率为83.97%。而C-12蛋白芯片法检测12项肿瘤标志物的特异度为70.11%,灵敏度为66.10%,准确率为68.07%。3)二级判别函数能显著提高10种常规肿瘤诊断的灵敏度、特异度和准确率。4)三级诊断判别函数对确定部分肿瘤的类型有意义。5)成功编制出《多蛋白芯片肿瘤判别》软件,该软件功能主要包括:肿瘤蛋白芯片数据的录入,十种常见肿瘤判别结果提示,数据查询及报告打印等功能。3.双重标记纳米二氧化硅颗粒电化学免疫传感器检测血清中IgG1)该免疫传感器的线性范围为0.01-15 nmol/L IgG,检测限为5.0 pmol/L。而使用HRP标记的IgG抗体(HRP-anti-IgG)作为检测抗体,线性范围为1.0-10 nmol/L,检测限为0.1 nmol/L IgG。2)该免疫传感器具有良好的重现性、稳定性和特异性。3)使用该免疫传感器对人血清中IgG的检测,其结果和酶联免疫分析方法检测的结果一致。4.新型纳米金包裹石墨烯纳米复合物检测癌胚抗原高灵敏电化学免疫传感器的研究1)与传统的HRP-anti-CEA和纳米金标记的HRP-anti-CEA相比,其灵敏度能提高100倍,检测线可达到0.01 ng/mL CEA。2)该免疫传感器具有良好的重现性、稳定性和特异性。3)与前期工作相比,本研究中石墨烯能改变该传感器的导电性,有利于电子的传输,可用于临床诊断。5.基于PB- SiO2纳米复合物的信号增强的免标记电化学免疫传感器用于检测神经化烯醇酶(NSE)1)利用PB-SiO2纳米复合物对H2O2明显的电催化作用,构建信号增强的电流型免疫传感器,提高传感器的灵敏度。2)在含有0.75 mM H2O2的测试底液中,NSE的浓度与还原峰电流的变化值成正比。该免疫传感器对NSE抗原的标准血清样品的线性响应范围为0.25-5.0 ng/mL和5.0-75 ng/mL,检测限为0.08ng/mL。3)免疫传感器与ELISA法的测定NSE结果一致,表明该免疫传感器可较好的应用于人血清中NSE的直接检测。6.基于脂质体信号增强的电化学免疫传感器同时检测血清中ProGRP和NSE1)通过包裹了不同电活性分子的脂质体作为信号放大的载体,可有效增强免疫反应电流响应信号,提高传感器的灵敏度。2)成功研制同时检测NSE和ProGRP的免疫传感器,ProGRP检测限是100-1000 pg/mL,NSE检测限是5-50 ng/mL。3)将该免疫传感器用于人血清中NSE和ProGRP的同时检测,并与ELISA法的测定结果比较,结果表明该免疫传感器与经典的ELISA法的测定结果具有良好相关性。结论1.多肿瘤标志物在恶性肿瘤中的表达及其临床意义C-12蛋白芯片在肿瘤普查、诊断、判断预后、评价疗效和高危人群随访观察等方面都具有较大的实用价值。但其具有诊断灵敏度低、特异度低,分析困难,无法准确定位等缺点,限制其临床的进一步应用。2.多肿瘤标志物判别函数的建立及诊断软件的研制Bayes法建立多肿瘤标志物判别函数具有较高灵敏度、特异度和准确率,对肿瘤的诊断具有重要临床价值。研制的软件自动完成肿瘤诊断判别方程计算,为肿瘤临床医师提供了一种科学、便捷、高效的工具。3.双重标记纳米二氧化硅颗粒电化学免疫传感器检测血清中IgG成功研制一种灵敏度高、制备简单的电化学免疫传感器,通过使用HRP掺杂的二氧化硅作为标记,使用夹心免疫分析模式,实现对人体血清中IgG的检测。该方法的优点就在于使用了双重标记纳米颗粒作为检测抗体,改善了夹心免疫分析方法,提高了该免疫分析的灵敏度。4.新型纳米金包裹石墨烯纳米复合物检测癌胚抗原高灵敏电化学免疫传感器的研究。成功研制了一种新型的高灵敏的导电的纳米标记物用于构建电化学免疫传感器,该免疫传感器可用于对痕量血清中CEA的检测,为临床肿瘤的诊断提供了一个新的方法。5.基于PB- SiO2纳米复合物的信号增强的免标记电化学免疫传感器用于检测神经化烯醇酶(NSE)成功构建了检测NSE电化学传感器免疫传感器,具有灵敏度高、响应时间快、线性范围宽等特点,实现了微量NSE的定量检测,表明该传感器在NSE的诊断方面具有一定的应用前景。6.基于脂质体信号增强的电化学免疫传感器同时检测血清中ProGRP和NSE成功构建了同时检测NSE和ProGRP的电化学传感器,具有敏感性高、特异性强、检测快速、成本低廉的特点,建立了血清学诊断小细胞肺癌的临床快速检测方法。