【摘 要】
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乳腺癌是危害女性健康的头号杀手。对乳腺癌循环肿瘤细胞（CTC）的检测可以为癌症的筛查及早期诊断、转移及复发监测、疗效追踪及预后评估提供有效的手段。然而,CTC在血液中含量稀少,且个体细胞间异质性显著,传统基于群体细胞的检测方式往往会忽略CTC中少量关键性细胞亚群的信息。因此,在单细胞层面分析与检测肿瘤细胞对癌症精准诊断具有重要意义。表面增强拉曼散射（SERS）技术由于灵敏度高、样本损伤小、多元检测
【基金项目】
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国家自然科学基金重点项目（61535003）； 国家留学基金委联合培养博士项目（CSC No.201806090115）；
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乳腺癌是危害女性健康的头号杀手。对乳腺癌循环肿瘤细胞（CTC）的检测可以为癌症的筛查及早期诊断、转移及复发监测、疗效追踪及预后评估提供有效的手段。然而,CTC在血液中含量稀少,且个体细胞间异质性显著,传统基于群体细胞的检测方式往往会忽略CTC中少量关键性细胞亚群的信息。因此,在单细胞层面分析与检测肿瘤细胞对癌症精准诊断具有重要意义。表面增强拉曼散射（SERS）技术由于灵敏度高、样本损伤小、多元检测能力强等特点,已成为极具发展潜力的单细胞检测工具。本论文以发展面向乳腺癌早期诊断的单细胞检测技术为目标,结合功能化的纳米探针及微流控平台,建立了基于SERS技术的循环肿瘤细胞表型、迁移及癌细胞内环境检测的方法,为癌症早期诊断及成像提供了技术基础。本论文的主要创新研究成果如下:（1）提出了一种基于SERS技术的高灵敏循环肿瘤细胞亚型识别方法。实验设计了一种栅格状的微结构芯片,用以捕获血液中的循环肿瘤细胞,并研究了微结构尺寸对细胞捕获率的影响;构建了以DNA适配体为识别分子的核壳结构SERS纳米探针,可以特异性识别乳腺癌细胞膜上三种标志物受体;结合多变量分析算法,采集并分析了单个癌细胞表面的SERS光谱,得到了单细胞表型特征,并构建了乳腺癌细胞亚型分类模型。该方法将微流控芯片与SERS多元编码能力相结合,不仅实现了血液中微量循环肿瘤细胞的分离,而且实现了乳腺癌单细胞上多种表面蛋白的同时识别与癌细胞亚型的分析,为乳腺癌精准诊断提供了新方法。（2）建立了一种新颖的、用于单细胞表型及趋化迁移共分析的SERS-微流控检测平台。该平台集表型分析功能与运动分析功能于一体,将基于SERS技术的单细胞表型识别与单细胞趋化迁移相结合,检测细胞受体表型的同时,观察细胞对趋化因子刺激的响应,从而判断癌细胞的侵入性。运用该平台,我们成功地观察到发生上皮间质转移前后的乳腺癌细胞表面标志物蛋白表达及趋化迁移能力的变化。该平台扩展了原有方法对循环肿瘤细胞的分析维度,能够同时获得单个细胞的静态（多元标志物表达）及动态信息（趋化迁移）,增强了平台的诊断能力,为精准分析转移型癌症提供了全新的方法。（3）开发了一种适用于乳腺癌单细胞胞内p H检测的高稳定SERS纳米传感器。该传感器以金纳米星为SERS增强基底,以p H敏感的拉曼分子作为传感单元,外部包覆具有良好生物亲和性的聚精氨酸。实验证明,聚合物的包覆极大提升了传感器在复杂生物环境中的稳定性及细胞亲和性,非常适用于细胞内环境检测。2D和3D活细胞拉曼成像结果反映出了乳腺癌细胞对纳米传感器的内吞过程及过程中细胞内p H的动态变化。更重要的是,3D成像获取了比传统成像方式多一维度的信息,提升了成像的准确性,对深入了解纳米粒子与单细胞相互作用,以及癌细胞内环境稳态具有重要意义。
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