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核酸分子工程与纳米技术实验室

JACS丨通过动态模型装配的抗体标记纳米空腔结合泪液中胞外囊泡表面标志物作为信号传递来检测癌症

作者:徐锐

 

今天为大家分享一篇发表在“JACS”上的文章,标题为“Antibody-conjugated signaling nanocavities fabricated by dynamic moldingfor detecting cancers using small extracellular vesicle markers from tears”。https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b13874

微小胞外囊泡(sEVs)是一类用于早期癌症检测的可靠的生物标志物。但是,包括基于免疫反应和miRNA分析在内的传统的检测方法通常不够灵敏,且需要样品的预处理和很长的分析时间。在此,作者开发了一种基于分子印迹的动态成型法,成功构造了一种用于识别不同尺寸的抗体标记信号传导纳米腔。这使得搭建一种简单,快速,灵敏,无需样品预处理以及非侵入性的sEVs检测平台成为可能。这个平台可以用于基于高效sEVs检测的癌症诊断。此纳米腔的解离常数约为 2.4 × 10-16 M,比商品化的免疫试剂盒高出~1000倍。作者首次从泪液中检测到了与癌症有关的完整囊泡,对健康人和乳腺癌病人做到了很好的区分。通过替换偶联抗体,这种纳米加工策略可以很容易的实现其他类型癌症的检测。因此可以大大促进液体活检对于早期癌症检测的应用。

 

 

图1. 通过基于分子印迹法的动态成型装配的抗体标记纳米空腔用于完整sEVs的检测。a. 动态成型纳米加工过程。(A):将与甲基丙烯酰胺耦合的具有His标签的二氧化硅纳米颗粒(His-MAA-SS-NPs)作为动态模具,通过配位键与基片上Ni(II)修饰的氮三乙酸(Ni-NTA)相结合,紧着着 ,表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)合成甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱聚合物(MPC),从而形成具有生物相容性的聚合物基质。(B):通过还原二硫键以及配体交换将His-SH-NPs去除,暴露出可以结合sEVs的空腔。b. 化学后纳米加工。(C):在纳米腔中引入带有巯基的荧光染料作为信号报告分子;(D):将带有His标签的G蛋白结合到腔内的Ni-NTA上;(E):通过G蛋白定向结合所需的抗体。(F):腔体再生。c. 扫描电镜(G-J)和荧光照片。(G):在ATRP之前固定的His-MAA-SS-NPs。(H):在SI-ATRP之固定的His-MAA-SS-NPs。(I):去除了带有His标签的二氧化硅纳米颗粒,并暴露出巯基(His-SH-NPs, 200 nm)之后的纳米腔。平均腔体尺寸:102.6 ± 33.7 nm (n = 275)。(J):去除了His-SH-NPs之后的纳米腔。平均腔体尺寸:46.5 ± 12.5 nm (n = 20)。(K):引入了具有巯基的荧光报告分子之后的纳米腔荧光成像。(AlexaFluor 647)

 

图2. 不同的动态模具大小决定了纳米腔体的尺寸:200 nm(上),100 nm(中),和50 nm(下)在纳米加工过的芯片上观察到的荧光成像。热图:黄色到红色表示吸附了更多的His-SH-NPs,绿色到蓝色表示吸附了较少的His-SH-NPs。

 

图3. 抗体耦合的sEV传感芯片的测试。a. sEV传感芯片上有(黑圈)/无(白三角形)anti-CD9 抗体对于PC3细胞分泌的sEVs的荧光响应。以及对没有用anti-CD9处理过的sEVs(红三角形)的响应程度。b. 聚合物的厚度对于sEVs响应程度的影响。c. 商用ELISA试剂盒(白圈)和sEV传感芯片(橙圈)对于PC3细胞分泌的sEVs响应的对比。d. ELISA试剂盒和sEV传感芯片对于CD9/CD63融合蛋白(1.1 fM)的响应对比。

 

图4. PC3细胞分泌的sEVs与正常的sEVs的结合行为。a.PC3细胞分泌的sEVs(橙色)和正常sEVs(蓝色)分别与耦合了anti-CD9,anti-CD63和anti-GGT1抗体的sEV传感芯片的结合。b.在过量的正常sEVs中,耦合了anti-GGT1抗体的sEV传感芯片对于PC3细胞分泌的sEVs的灵敏度。

 

图5.泪液中与乳腺癌相关sEVs的检测。a.泪液sEV检测步骤。b.乳腺癌病人(橙色)和健康人(蓝色)收集到的泪液sEVs的结合力。健康人的经过超速离心的泪液样品(无sEV)(100000 g,4℃,12h)为白色。c.主成分分析。d.乳腺癌病人(I期)在全乳切除前(绿色)/后(黄色)的泪液sEVs的结合力。

 

通过本文的一系列实验,作者们证明了用分子印迹法基于二氧化硅纳米颗粒动态模型构建的纳米腔只一种可以方便,快速检测体液中完整sEVs有效工具。作者们还在采用了不同的抗体阵列以及模拟分析验证了这种传感器的有效性。该平台不仅可以高灵敏地,快速且简单地直接检测sEVs,而且可以个性化的检测多种类型的癌症。因此在生命科学领域的应用前景之分广泛。

2020年5月29日 10:00
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