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文献递送│微流控拉曼生物芯片检测外泌体:一种有前途的前列腺癌诊断工具

日期: 2021-10-19
浏览次数: 73

文献递送│微流控拉曼生物芯片检测外泌体:一种有前途的前列腺癌诊断工具

前列腺癌(PCa)是世界范围内男性最常见的癌症之一,通常对PCa的筛查是通过检测前列腺特异性抗原(PSA)来实现。然而PSA并不是癌症特异性的,良性前列腺增生和前列腺炎也会伴随着PSA的升高。因此很需要发展PCa诊断灵敏性及特异性都很好的生物标志物。近年来,肿瘤分泌外泌体由于浓度高,在循环中具有稳定性,被用于癌症患者的液体活检。通常获得外泌体的方法是通过超速离心法,然而这种方法耗时长,且获得外泌体的产量及纯度较低。由于不同类型细胞的所有外泌体都携带几种常见的蛋白质,如CD9、CD63、CD81和MHC I,因此,可以通过标志物免疫捕获的方式来获取纯度较高的外泌体。最近研究发现PCa细胞中含有的外泌体上带有EpCAM蛋白,含量要大大高于非PCa细胞,因此EpCAM可以作为PCa检测的外泌体标志物。

研究工作中,作者开发了一种基于500 纳米羧基磁珠(来自东纳生物)的原位拉曼分析芯片该芯片结合了连续流动混合及免疫磁分离功能,通过使用抗CD63抗体偶联的磁性纳米颗粒及交错三角柱阵列的混合通道有效捕获外泌体。外泌体被磁珠捕获于拉曼检测区,并进一步用EpCAM功能化的拉曼探针对外泌体进行识别且定量分析。



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图1. 用于外泌体捕获和检测的微流控拉曼芯片工作原理。


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本文重点
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作者开发了一种新型微流体拉曼芯片,用于快速、灵敏的外泌体检测。该芯片主要由两部分组成快速混合免疫反应室和拉曼检测区。快速混合免疫反应室采用的CD63偶联磁珠,是通过HOOC-MBs (10 mg/mL,500 nm,南京东纳生物表面偶联CD63抗体制备拉曼探针是通过微乳化聚合含有氰基强拉曼标记分子的聚合物微球,并修饰抗EpCAM抗体制备。

外泌体样品(20µL)和抗CD63磁珠(Mag-CD63, 5 µL, 10 µg/mL)分别以0.6µL/ min的速率通过1号和3号入口泵入。两种溶液通过交错三角形微柱混合室(120 μm高度)进行混合反应。Mag-CD63-外泌体复合物通过磁场固定在拉曼探测区域。PBS缓冲液进入入口2,在混合室中以3 µL/ min洗脱MagCD63-外泌体复合物。接下来,通过入口4引入EpCAM抗体功能化的拉曼探针,并在拉曼探测区域与Mag-CD63-外泌体复合物混合。PBS洗涤后,用拉曼光谱检测外泌体。在1小时内用20 µL的外泌体样品完成总分析。


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图2. 500 nm 磁珠(a)CD63-Mag磁珠复合物(b)、拉曼探针(c)、外泌体的分别表征(e-g)和CD63-Mag/外泌体/拉曼探针复合物表征(i)。

研究者定量分析了10份组织学诊断的PCa患者和8份健康人的血清样本。临床样本分析显示,与健康样本相比,PCa患者从血清中分离出的外泌体数量增加,根据拉曼强度,计算了外泌体的平均数量,发现PCa患者的血清中外泌体约为健康对照组的3倍。


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图3. 直接从临床血清样本中定量检测外泌体。

(a)微流体拉曼芯片的结果。(b)点图用于临床样本分析。


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总结
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本研究开发了一种新型微流体拉曼芯片,主要由快速混合免疫反应室和拉曼检测区两部分组成。在该微流控芯片中,免疫复合物通过磁力固定在拉曼检测区域,形成一种新型聚合物纳米颗粒材料,用于定量检测PCa中的外泌体。此外,微流体拉曼芯片可以成功区分PCa患者和健康样本,可适用于临床样本的分析。整个外泌体检测程序可在1小时内完成,最低检测限为1.6×102粒子/mL。因此,微流体拉曼芯片可能是一种有前景的诊断PCa的筛选试验方法。


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参考文献
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Yanlin Wang, Qiaoyu Li, Haimei Shi, Keqi Tang,Liang Qiao,Guopeng Yu,Chuanfan Ding,and Shaoning Yu. Microfluidic Raman biochip detection of exosomes: a promising tool for prostate cancer diagnosis .Lab Chip. 2020 20(24):4632-4637. DOI: 10.1039/D0LC00677G



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