基于血清蛋白表面增强拉曼光谱技术的乳腺癌检测研究

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乳腺癌严重危害着女性健康。目前乳腺癌术前筛查和术后评估主要是影像学检测结合组织病理学分析,但这些方法具有无可避免的主观臆断性且对微小肿瘤的检测效果差,与此同时对患者心理和身体造成不同程度的伤害。本文以人体血清为研究对象,以表面增强拉曼光谱(SERS)技术为研究手段结合多变量统计算法,通过醋酸纤维素薄膜提取的血清蛋白与常规乳腺癌患者血清对比、硫酸铵分级沉淀的血清蛋白和肿瘤标志物癌胚抗原(CEA)的SERS检测分析,对乳腺癌患者进行术前筛查检测和术后评估,希望研发能够促进乳腺癌检测、评估、低成本、无损、快速、精确的诊断新方法。主要研究工作如下:1.利用醋酸纤维素薄膜提纯蛋白与常规乳腺癌患者血清对比法结合SERS技术,对乳腺癌患者进行检测诊断和术后评估。通过SERS技术对90例乳腺癌患者术前、术后(术前术后血清取自相同的乳腺癌患者)和健康志愿者血清蛋白进行检测,再利用主成分分析(PCA)结合线性判别分析(LDA)算法对SERS光谱进行统计分析,诊断灵敏度分别为96.7%、53.3%和100%,特异性分别为96.7%、46.7%和96.7%。同样,将血清样本分成三组用于SERS测量,一组为30例健康志愿者血清,一组为30例乳腺癌术前血清,另一组为30例乳腺癌术后血清。为了更好的开展数据分析,我们对SERS数据进行去荧光背景和归一化处理。此外用软件SPSS降维,PCA-LDA用来区分乳腺癌术前组、术后组和健康组。诊断灵敏度和特异性分别达到了80%(24/30)和、83.3%(25/30)和86.7%(26/30)、90%(27/30)和93.3%(28/30)。通过对比讨论得出结论:血清蛋白能很好的实现BC的术后评估,且效果优于血清标本,而血清在BC的术后评估方面的参考价值不大。2.将硫酸铵分级沉淀血清蛋白法与SERS技术结合,对乳腺癌进行检测分析。我们第一次利用硫酸铵分级沉淀血清蛋白结合SERS光谱的检测方法,对乳腺癌进行诊断筛查。通过SERS技术对90例乳腺癌患者术前、术后和健康志愿者血清蛋白进行检测,再利用PCA-LDA算法对SERS光谱进行统计分析,结果显示三级(30%、50%、70%)沉淀血清蛋白得到的乳腺癌术前与术后组、乳腺癌术前和正常组、乳腺癌术后与正常组的判别准确率分别为:75%(45/60)、90%(54/60)、96.7%(58/60)(30%沉淀血清蛋白组);85%(51/60)、100%(60/60)、88.3%(53/60)(50%沉淀血清蛋白组);88.3%(53/60)、95%(57/60)、86.6%(52/60)(70%沉淀血清蛋白组)。相较于常规血清SERS光谱检测,总血清蛋白的SERS光谱检测效果有所提高,且发现乳腺癌标志物极有可能存在于血清球蛋白或者白蛋白中。3.癌胚抗原(CEA)作为乳腺癌肿瘤标志物,通过SERS技术实现乳腺癌标记检测研究。以4巯基苯甲酸为探针分子,将4巯基苯甲酸(4-MBA)和CEA适配体连接到金纳米球上,再将其通过癌胚抗原与具有金纳米粒子膜的硅板(接有CEA抗体)接合,构成三明治结构,对CEA进行间接的检测分析,从而达到乳腺癌诊断的目的。对20例样本的测样结果显示:以10ng/ml浓度的CEA为分界线,其具有良好的诊断性能,检测极限可以达到0.08ng/ml。本文探索性研究工作的结果表明:醋酸纤维素膜提取的血清蛋白SERS光谱和硫酸铵分级沉淀的血清蛋白SERS光谱结合PCA-LDA统计分析方法以及CEA的三明治结构SERS光谱探针在乳腺癌患者术前检测、术后评估、无创、快速精准检测方面具有极大潜力。
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