微流控熱泳生物傳感實現血清中EVmRNA的原位、高靈敏檢測

　　近日，中國科學院國家納米科學中心研究員孫佳姝課題組與中國人民解放軍總醫院第五醫學中心教授江澤飛、張少華，復旦大學附屬腫瘤醫院教授戴波等合作，在基于功能核酸的微流控熱泳生物傳感領域取得系列進展。相關研究成果分別發表在《自然·通訊》（Nature Communications, 2021, 12, 2536）和《納米·今日》（Nano Today, 2021, 38, 101203）。

　　轉移性乳腺癌（MBC）是一種包括多種不同亞型的異質性疾病。外周血中腫瘤來源的細胞外囊泡（EVs）作為液體活檢的重要靶標，在MBC的精準診斷和療效評估方面具有應用前景。研究采用一種快速、靈敏、低成本微流控熱泳適體傳感器，對血漿EV的乳腺癌相關蛋白質特征進行分析，有效排除血漿游離蛋白干擾（Nature Communications, 2021, 12, 2536）。科研人員設計了一種機器學習算法，基于8種EV乳腺癌蛋白表達水平構建EV蛋白特征，用于區分MBC患者、非轉移性乳腺癌患者、年齡配對的健康對照者，準確率達91.1 %。在訓練隊列、驗證隊列、前瞻隊列研究中，EV蛋白特征可監測MBC的治療反應，對治療后疾病進展（PD）與穩定/部分緩解（SD/PR）的區分準確率為88.5 %。EV蛋白特征還與接受治療的MBC患者的無進展生存期（PFS）相關，其中前列腺癌生物標志物EV PSMA可作為MBC患者PFS的獨立預后因素。國家納米中心特別研究助理田飛與張少華為論文第一作者，孫佳姝、劉超（國家納米中心研究員）與江澤飛為論文通訊作者。

圖1.基于熱泳適體傳感器的EV表面蛋白檢測與乳腺癌精準診斷應用

　　EV攜帶腫瘤細胞的mRNA，在轉錄水平調控腫瘤增殖與轉移，是一種重要的癌癥診斷標志物。為克服qRT-PCR檢測操作復雜、需要裂解大量EV等挑戰，研究人員發展了結合DNA四面體探針與熱泳匯聚的檢測新方法（DTTA），實現了血清中EV mRNA的原位、高靈敏檢測，檢出限低至14 aM（Nano Today, 2021, 38, 101203）。DNA四面體探針具有較高的結構剛性，可通過被動輸運高效進入外泌體，并依靠雙懸臂特異識別EV中靶標PSA mRNA，產生熒光共振能量轉移（FRET）信號。進一步通過熱泳富集放大EV中的FRET信號，實現EV PSA mRNA的原位高靈敏檢測，無須EV裂解、RNA提取、反轉錄等過程。使用DTTA測量前列腺穿刺病人的血清EV PSA mRNA含量，可以有效區分前列腺癌患者（PCa）與前列腺良性增生患者（BPH），AUC為0.93，顯著優于血清生物標志物PSA（AUC 0.74），為前列腺癌精準檢測提供了新思路。國家納米中心博士研究生韓子威、鄧瑾琦與復旦大學附屬腫瘤醫院博士萬方寧為論文第一作者，孫佳姝、劉超與戴波為論文通訊作者。

圖2.基于DNA四面體探針與熱泳匯聚的腫瘤外泌體mRNA高靈敏、原位檢測

　　研究工作得到國家自然科學基金國家杰出青年科學基金項目、重大研究計劃項目，以及中科院戰略性先導科技專項（B類）、基礎前沿科學重點研究計劃和科研儀器設備研制項目等的資助。