測癌試紙橫空出世 癌症診斷像驗孕一樣簡單

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你是否能想像出自己可以像測試血糖或在家測試妊娠一樣容易地檢測癌症或其他疾病呢?美國俄亥俄州立大學的化學家正在開發可檢測包括癌症和瘧疾在內的疾病的試紙條——每條成本50美分。幾年後可能就會實現。這一研究結果發表於Journal of the American Chemical Society雜誌。

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正文

美國俄亥俄州立大學的化學家正在開發「按需檢測」工具

美國俄亥俄州立大學的化學家正在開發可檢測包括癌症和瘧疾在內的疾病的試紙條——每條成本50美分。

Abraham Badu-Tawiah解釋說，這個想法是人們在家提供一滴血在試紙條上，然後定期寄到實驗室，僅有測試出陽性結果的時候再去就診。研究人員發現，甚至血液樣本保存一個月後進行測試仍然很準確，這證明這種方法允許適用於居住在偏遠地區的人們。

俄亥俄州立大學的助理教授的化學和生物化學設想這種試紙條是非洲的農村地區和東南亞地區花費很少就能診斷瘧疾的有效方法，在這些地區每年有成千上萬的人死於疾病，並且有數億人被感染。

發表於Journal of the American Chemical Society雜誌上的這篇文章中，Badu-Tawiah和他的同事報告稱，這種測試方法可以檢測出任何疾病，這是因為這些疾病發生時，人體可產生抗體，例如卵巢癌和結腸癌。

「我們想empower人們。如果你關心你的健康狀況，並且你不想等到生病才去醫院。那麼你可以自己在家進行檢測，想什麼時候檢測就什麼時候檢測，」他說。

這種技術類似於今天的「晶元上的實驗室」診斷，但這個是塑料「晶元」，由純白色的紙張雙面粘在一起，可通過一個典型的噴墨印表機。

研究人員使用蠟墨水跟蹤試紙條上的通道和儲液槽。蠟滲透紙張，形成一個防水屏障來捕血液樣本，並將血液樣本固定於兩層之間。一張8.5 x11英寸的試紙可以允許幾十個人測試，可以分開切成條，每個比郵票稍大一些。

「要進行檢測的話，每個人要做的就是將一滴血滴在試紙條上，對摺後放在信封里郵寄，」 Badu-Tawiah說。

圖片說明：美國俄亥俄州立大學的化學家Abraham Badu-Tawiah使用測癌試紙進行疾病診斷。圖片來自：J Am Chem Soc, 2016, 138 (20), pp 6356–6359

圖片說明：一種敏感、經濟的按需檢測（on-demand detection）方法。圖片來自：J Am Chem Soc, 2016, 138 (20), pp 6356–6359

研究中的試紙條包含小型化學合成探針

這一技術的工作原理與早孕測試試紙等醫療診斷不同，早孕檢測試紙條表面塗以酶或可以使紙改變顏色的金納米粒子。相反我們的試紙條包含小型合成化學探針，帶一個正電荷。正是這些「離子」探測器可以通過手持質譜儀敏感檢測到。

「酶十分挑剔。它們必須在合適的溫度下保存，不能存儲乾燥或曝光條件下」Badu-Tawiah說。「但離子探針非常「強壯」。它們不會受到光、溫度、濕度的影響——甚至非洲的炎熱也不能奈何它。所以我們可以將其中的一條寄送到醫院，當醫院收到後就會進行讀取。

已成功檢測出瘧原蟲蛋白和癌症蛋白標誌物

化學家設計的離子探針標記於從血液中提取的疾病生物標誌物特定抗體，並置於晶元紙上。提取後的物質化學性能保持不變，直到試紙條浸泡於實驗室的氨溶液中。隨後將試紙的兩層分開，置於質譜儀，基於原子特徵檢測到探針，進而推斷出感染者的血液中存在生物標誌物。

Badu-Tawiah和博士後研究人員Suming Chen和Qiongqiong Wan證明他們可以成功檢測到最常見的瘧疾寄生蟲、惡性瘧原蟲的蛋白生物標記物，這兩種瘧原蟲在非洲最為流行。

此外，他們還成功檢測到卵巢癌蛋白生物標記物CA125和癌胚抗原——大腸癌或其他癌症的癌症標誌物。

他們曾與前同事Yang Song博士和化學和生物化學教授Vicki Wysocki研究探討如何用高解析度質譜儀將探針插入抗體。Wysocki是大分子結構和功能的著名學者，同時也是俄亥俄州立大學校園化學儀器中心主任。

確認這一試紙可以進行測試工作後，Badu-Tawiah和他的團隊存放試紙條，並且重新測試，以便了解信號是否會隨著時間而消退。事實上30天以後的檢測信號與第1天的信號強度相同，這意味著疾病蛋白質非常穩定，至少一個月後仍然可用於檢測。

既然試紙條上的抗體有足夠的時間通過郵寄達到實驗室，它們可為農村地區的人們打開了一個全新的世界，甚至在美國，Badu-Tawiah說。甚至對於生活在城市的人來說，在家進行自我測試可節省去看醫生的費用。

Badu-Tawiah說，在美國，這種測試將是有癌症家族史的人或已經成功接受癌症治療患者的理想方法。而不是等待每6個月去看醫生以證實他們是否仍然處於緩解期，在家檢測可以做到更頻繁。

「在非洲，瘧疾非常流行，每當發燒時，你想到的第一件事就是，哦，可能感染瘧疾了，」Badu-Tawiah說。

試紙每條50美分，大規模生產後價格會下降

俄亥俄州立大學的測試條原型大約50美分成本，大規模生產後，成本可能會下降，Badu-Tawiah說。

在美國，質譜儀的應用非常普遍，可通過減少保險使用和減少就診相關的現金支付來實現成本節約。

「雖然這種方法需要初始投資，但我們認為低價的紙質耗材設備將使其可持續發展，「Badu-Tawiah說。「我們可以在雜貨店設置一個小儀器，然後售賣試紙條，每次測試50美分。在非洲情況類似，但或許會更佳便宜。」

大學將授權一家醫療診斷公司進一步發展這一技術，並且Badu-Tawiah希望這種測試能在三年內用於臨床實踐。與此同時，Badu-Tawiah和他的同事們正在努力使測試敏感性更高，所以，人們最終將非侵入性方法進行檢測，例如使用唾液或尿液。而不是血液。

文獻索引：

Chen S, et al. Mass Spectrometry for Paper-Based Immunoassays: Toward On-Demand Diagnosis. J Am Chem Soc, 2016, 138 (20), pp 6356–6359

編譯自：Testing for malaria -- or cancer -- at home, via cheap paper strips. June 29 2016. EurekAlert!

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