癌细胞检测和成像系统、方法和产品

技术领域

本发明涉及癌症检测，具体地，本发明提供了用于癌症检测的产品和方法。

背景技术

在癌症治疗中，完全移除人体内的肿瘤组织以从对象身上根除癌症是必要的。

然而，为了确保完全的移除，外科医生通常需要移除癌症位点周边的过量组织，因为几乎或完全没有关于所述肿瘤可能如何扩散的信息。

因此，在这方面已经开发了癌细胞标记技术。已经广泛研究了荧光染料在癌细胞标记上的应用。通过用荧光物质标记癌细胞，外科医生可以使对象组织移除区域最小化，以保留最大的器官功能，同时提供更加精确和更加完整的癌症组织移除。因此，患者可以受益于更快且更完全的恢复。

然而，大部分荧光染料对于对象来说是细胞毒性的。因此，通过这样技术的肿瘤组织标记可诱导对对象的损害。

此外，为了看见所述荧光，需要将激发光照射或导向到荧光染料标记的组织上。

由于大部分荧光染料是有机的，它们固有地不稳定且容易被强激发光光漂白。这大大限制了这样的荧光染料的寿命。

发明目的

本发明的目的是提供用于癌症检测的产品和方法，其克服了或至少部分改善了至少一些与现有技术相关的缺陷。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种将对象的癌细胞和健康细胞彼此区分的方法，所述方法包含步骤(i)将怀疑包含至少一些癌细胞的对象组织区域与多数个纳米金刚石接触，其中所述多数个纳米金刚石包含第一多数个缀合物和第二多数个缀合物，其中所述第一多数个缀合物中的缀合物由纳米金刚石和一种或多种癌细胞靶向剂组成，其中所述纳米金刚石有第一类型的色心，其中所述第二多数个缀合物中的缀合物由纳米金刚石和一种或多种健康细胞靶向剂组成，其中所述纳米金刚石有第二类型的色心，(ii)应用第一波长的光以激发所述第一类型的色心并应用第二波长的光以激发所述第二类型的色心；其中当所述组织区域与所述多数个纳米金刚石接触时，癌细胞被附着于所述第一多数个缀合物，且健康细胞被附着于所述第二多数个缀合物；其中当向所述组织区域应用光时，附着于癌细胞的所述第一多数个缀合物的纳米金刚石的色心发射第一波长的荧光，且附着于健康细胞的所述第二多数个缀合物的纳米金刚石的色心发射第二波长的荧光；且其中第一波长和第二波长之间的颜色对比和各自缀合物的位置分别勾划了癌细胞的区域和健康细胞的区域。

所述第一和第二多数个缀合物中的一者的纳米金刚石可能包含氮色心，且所述第一和第二多数个缀合物中的另一者的纳米金刚石可能包含硅色心。

所述第一缀合物的纳米金刚石可能包含波长为600nm的氮色心且所述第二缀合物的纳米金刚石可能包含波长为700nm的硅色心，在波长和光方面产生100nm的差异。

依据本发明，当应用强光源时，所述氮色心和硅色心可以被激发，通过具有不同颜色的各自细胞类型的标记区域提供癌细胞和健康细胞之间的增强勾划。所述光源可能是单波长光源或宽光光源。

在第二方面，本发明提供了用于标记对象的癌细胞和健康细胞的标记产品，所述标记产品包含多数个纳米金刚石，其包含第一多数个缀合物和第二多数个缀合物，其中所述第一多数个缀合物中的缀合物由纳米金刚石和一种或多种癌细胞靶向剂组成，其中所述纳米金刚石有第一类型的色心，其中所述第二多数个缀合物中的缀合物由纳米金刚石和一种或多种健康细胞靶向剂组成，其中所述纳米金刚石有第二类型的色心。

所述第一和第二多数个缀合物中的一者的纳米金刚石可能包含氮色心，且所述第一和第二多数个缀合物中的另一者的纳米金刚石可能包含硅色心。

所述第一缀合物的纳米金刚石可能包含波长为600nm的氮色心且所述第二缀合物的纳米金刚石可能包含波长为700nm的硅色心，在波长和光方面产生100nm的差异。

所述标记产品可能作为喷雾剂、霜剂或洗剂等提供。

在第三方面，本发明提供了将对象的癌细胞和健康细胞彼此区分的系统，其中将怀疑包含至少一些癌细胞的对象组织与多数个纳米金刚石接触，其中所述多数个纳米金刚石包含第一多数个缀合物和第二多数个缀合物，其中所述第一多数个缀合物中的缀合物由纳米金刚石和一种或多种癌细胞靶向剂组成，其中该纳米金刚石有第一类型的色心，其中所述第二多数个缀合物中的缀合物由纳米金刚石和一种或多种健康细胞靶向剂组成且其中该纳米金刚石有第二类型的色心，而且当所述组织区域与所述多数个纳米金刚石接触时，癌细胞被附着于所述第一多数个缀合物，且健康细胞被附着于所述第二多数个缀合物，所述系统包含一个或多个光源以应用第一波长和第二波长的光，其中在向所述组织区域应用所述第一波长和所述第二波长的光时，附着于癌细胞的所述第一多数个缀合物的纳米金刚石的色心被激发并发射第一波长的荧光，且附着于健康细胞的所述第二多数个缀合物的纳米金刚石的色心被激发并发射第二波长的荧光；且其中第一波长和第二波长之间的颜色对比和各自缀合物的位置分别勾划癌细胞区域和健康细胞区域。

所述第一和第二多数个缀合物中的一者的纳米金刚石可能包含氮色心，且所述第一和第二多数个缀合物中的另一者的纳米金刚石可能包含硅色心。

所述第一缀合物的纳米金刚石可能包含波长为600nm的氮色心且所述第二缀合物的纳米金刚石可能包含波长为700nm的硅色心，在波长和光方面产生100nm的差异。

所述光源可能是单波长光源或宽光光源。

附图说明

为了可以获得对上述发明更加精确的理解，上文简述的发明的更加具体的描述将会参照其在附图中说明的特定实施方式给出。下文呈现的附图可能不是按比例绘制的，且任何在附图或以下说明中提及的维度对公开的实施方式而言是特定的。

图1示出了本发明的示意图；且

图2示出了根据本发明的系统的示意图。

具体实施方式

本发明的发明人已经发现了现有技术的缺点，并在发现现有技术问题的同时提供了克服或改善现有技术问题的检测癌症的产品和方法。

在本发明中，纳米金刚石因其高化学稳定性和低细胞毒性而用于癌症检测。来自纳米金刚石的发射荧光是稳定的几乎没有光漂白。之前已有关于纳米金刚石用于多种靶向癌症治疗应用的研究。

依据本发明，提供了一种将对象的癌细胞和健康细胞彼此区分的方法。

为了实现此方法，应用了以下步骤：

将怀疑包含至少一些癌细胞的对象组织区域与多数个纳米金刚石接触。

所述多数个纳米金刚石包含：

第一多数个缀合物，其中所述第一多数个缀合物中的缀合物由纳米金刚石和一种或多种癌细胞靶向剂组成，其中所述纳米金刚石有第一类型的色心，以及

第二多数个缀合物，其中所述第二多数个缀合物中的缀合物由纳米金刚石和一种或多种健康细胞靶向剂组成，其中所述纳米金刚石有第二类型的色心，

在所述组织区域与所述多数个纳米金刚石接触时，癌细胞附着于所述第一多数个缀合物，且健康细胞附着于所述第二多数个缀合物。

当向所述组织区域应用光时，附着于癌细胞的所述第一多数个缀合物的纳米金刚石的色心发射第一波长的荧光，且附着于健康细胞的所述第二多数个缀合物的纳米金刚石的色心发射第二波长的荧光。

第一波长和第二波长之间的颜色对比和各自缀合物的位置分别勾划了癌细胞的区域和健康细胞的区域。

依据本发明，一个重要的应用是用荧光纳米金刚石标记癌细胞。标记的癌细胞可以与健康细胞相区分，以便于外科医生可以在外科手术中精准地移除所述癌组织而使健康组织的移除最小化。

为了标记癌细胞，必须将荧光纳米金刚石与癌细胞特异性靶向剂(例如，抗体、激素等)缀合。所述纳米金刚石在被光激发时发射荧光，使得随后可以在癌症位点检测到所标记的癌细胞。

从荧光区域的对比，外科医生可以在手术位置的被照射区域中确定所述癌症组织。

此外，本发明也利用了在保持癌细胞未被标记的同时标记健康细胞的方法。为了实现此方法，必须将荧光纳米金刚石与健康细胞特异性靶向剂缀合。由此，从荧光区域的阴性对比，外科医生随后可以确定在黑暗区域的所述癌症组织。

依据本发明，在外科手术位置实现了癌细胞和正常或健康细胞之间的增强对比。

为了实现如上所述和如权利要求所述此目的，提供了用两种或多种不同类型的荧光纳米金刚石复合物同时检测癌细胞和健康细胞的方法。

通过将两种类型的细胞附着于有不同复合物的纳米金刚石缀合物，所述纳米金刚石的色心的荧光允许癌细胞发射第一波长的荧光(第一色)且正常细胞发射第二波长的荧光(第二色)。

这提供了大得多的癌细胞与正常细胞之间的外周勾划，且从临床的角度是非常重要的，理由包含：

(i)更多的信心和信息，关于哪些组织是癌性的，

(ii)更好的勾划，以便知道要移除或治疗哪些组织区域，

(iii)确保移除了足够的癌症组织，以及

(iv)限制非癌症(健康)组织的移除。

荧光纳米金刚石有若干类型。它们之间的差异是来自于它们的色心类型，例如氮-空位(NV)中心、氮-空位-氮(NVN)中心、硅-空位(SiV)中心、锗-空位(GeV)中心等。

这些空位赋予荧光纳米金刚石当接收到适合的激发光源的辐射时在不同波长区域发射荧光的能力。

根据需要，具有表面官能团的纳米金刚石可以连接至靶向剂，例如抗体。H末端的纳米金刚石表面上的H-C键允许纳米金刚石像有机化合物那样反应。这允许在纳米金刚石上连接癌症靶向剂具有很高的灵活性。

对于COOH末端的或NH

这是因为这些靶向剂本质上是蛋白质，有很多氨基(-NH

如在本发明中，荧光纳米金刚石可以与癌症靶向剂缀合。这种癌症靶向性纳米金刚石复合物可以应用于对象的患肿瘤区域。

所述在纳米金刚石上的靶向剂可以与癌细胞表面的受体或抗原连接。通过内吞作用，一些纳米金刚石甚至可能被吞没进入对象的癌细胞。因此，只有癌组织会在癌细胞上或癌细胞内保留荧光纳米金刚石。

具有有另一类型色心的荧光纳米金刚石可以与正常细胞靶向剂缀合。可以将这种正常细胞靶向性纳米金刚石复合物应用在患肿瘤的区域。所述纳米金刚石上的靶向剂可以与正常细胞表面的受体或抗原连接。通过内吞作用，一些纳米金刚石甚至可能被吞没进入正常细胞。因此，只有正常组织会在所述细胞上或所述细胞内保留荧光纳米金刚石。

参照图1，并通过比较，示出了本发明100的示意图。

参照图1(a)，显示了怀疑的癌症120的区域110，其中所述怀疑的癌症仅用第一标记物(例如，本发明中的纳米金刚石)标记，且当被照射时，只有癌症区域120显示荧光，在癌细胞区域120和正常细胞区域130之间产生不确定性和差的周边勾划。

参照图1(b)，正常健康的组织区域130仅用第二标记物(例如，本发明中的纳米金刚石)标记，且当被照射时，只有所述正常区域显示不同波长的荧光，同样在癌细胞区域120和正常细胞区域130之间产生不确定性和不清楚的周边勾划。

可以理解，在图1(a)或图1(b)中，未标记的细胞可能是癌性的或健康的，且有哪种是哪种和癌细胞范围的不确定性。

本发明克服了这些问题，通过标记癌细胞和健康细胞两者以附着适合的和分别的靶向剂，因此如在图1(c)中所示标记癌细胞和健康细胞两者，其可以被认为是图1(a)和图1(b)的叠加。

这有利地提供了组合了(a)和(b)的对比的和增强的图像。

应当理解，通过如在本发明中分别使用不同类型的荧光纳米金刚石用于阳性对比和阴性对比成像，实质上可以将所述两种对比方法组合起来以通过癌细胞和正常细胞之间不同类型的荧光增强成像对比，如图1(c)中所示。

依据本发明，例如，由于癌细胞不受控的快速生长，它们有多得多的生长激素特异性受体。荧光纳米金刚石可以与这些生长激素(例如，表皮生长因子(EGF)、胃泌素等)缀合以提供阳性对比。在另一方面，癌细胞可能缺乏正常细胞所具有的一些受体。

与这些受体的特异性抗体缀合的荧光纳米金刚石可以在癌细胞上生成阴性对比成像。使用阳性对比的具有用于生长激素的NV中心的纳米金刚石和使用具有用于膜蛋白的NVN中心的纳米金刚石，可以一起在成像中生成增强的对比。然后可以通过在不同波长区域检测荧光更加容易地确定癌细胞和健康细胞。

应当理解，本发明可以在对象体内或者体外使用。所述包含第一多数个缀合物的多数个纳米金刚石和所述第一多数个缀合物可以通过许多方法或产品(例如，作为喷雾剂、霜剂或洗剂等)应用在感兴趣的组织的相关区域。

在所述缀合物附着在相应的组织类型上之后，如有必要，可以通过不同方法去除过量的或未附着的纳米金刚石，例如用生理液或盐水等冲刷，或包含吹空气或气体的其他方法。应当理解，任何这样的方法应落入本发明的范围内。

在本发明的一个实施例中，所述第一缀合物的纳米金刚石可能包含波长为600nm的氮色心且所述第二缀合物的纳米金刚石可能包含波长为700nm的硅色心，在波长和光方面产生100nm的差异。

依据本发明，在这样的实施例中，强光源，例如单波长或宽光可以用于激发所述氮色心和所述硅色心，通过各自细胞类型标记区域具有不同颜色提供所述癌细胞和所述健康细胞之间的增强勾划。

参照图2，示出了在如参照图1所示和所述的本发明中使用的系统200的示意图。

所述系统200包含一个或多个光源210，用以应用第一波长的光和第二波长的光。

参照图1所示和所述，当在组织区域230上应用所述第一波长和所述第二波长的光220时，附着于癌细胞的所述第一多数个缀合物的纳米金刚石的色心被激发并发射第一波长的荧光，且附着于健康细胞的所述第二多数个缀合物的纳米金刚石的色心被激发并发射第二波长的荧光。

如上所述，第一波长和第二波长之间的颜色对比和各自缀合物的位置分别勾划了癌细胞的区域和健康细胞的区域。

依据本发明，所述一个或多个光源是强光源，由此如上所述，当应用光时，所述氮色心和硅色心被激发，通过具有不同的颜色的各自细胞类型的标记区域提供在所述癌细胞和所述健康细胞之间的增强勾划。所述光源可能是单波长光源或宽光光源。