張忠平&高虓虎 ACS Nano : 利用端粒酶特異性的球形核酸進行多平臺的癌細胞識別

【引言】

癌癥具有多發性、易變性，已成為人們所著重關心和害怕的一類疾病。目前，比較常用的治療方法—放療和化療，治療效果差強人意。根據研究，在癌癥早期發現并及時治療是一種最有效的治療方法。但是，早期如何在眾多正常細胞中發現已開始癌變的細胞，是生物醫學、臨床醫學界一直研究的重點和難點。其中最基本的困難就是癌細胞的異質性和缺乏真正特異性和理想的普適性癌癥生物標記物。

【成果簡介】

近日，中國科學技術大學的張忠平教授和華盛頓大學的高虓虎教授（共同通訊作者）開發了一種結合球形核酸（SNAs）和精細工程分子信標（SNAB技術），能夠根據端粒酶活性的分子表型識別正常細胞中的癌細胞，但很大程度上忽略了癌癥的異質性。由于SNAs能很好的進入細胞，SNAB探針可以在多平臺進行癌細胞檢測，從溶劑型分析到單細胞成像，再到活體實體腫瘤成像。SNAB技術未來可能會影響癌癥診斷、治療效果評估和圖像引導手術。研究成果以題為“Cross-Platform Cancer Cell Identification Using Telomerase-Specific Spherical Nucleic Acids”發布在國際著名期刊ACS Nano上。

【圖文導讀】

圖一、SNAB技術原理圖和端粒酶檢測原理圖?

（a）SNAB探針結構和作用機理；

（b）在活細胞成像中，有端粒酶活性的SNAB作用于細胞圖；

（c）不同劑量端粒酶孵育后的SNAB探針熒光光譜（左），熒光增強因子與端粒酶劑量的關系 ? ? ?（右）；

（d）在HeLa細胞裂解后，包含不同的細胞數量的SNAB探針熒光光譜（左），熒光增強因子與細胞數結合（右）。

圖二、探頭的優化和檢測機制的驗證

（a）探測器融化的溫度；

（b）有或沒有端粒酶，在37oC時探針的熒光強度；

（c）端粒酶或細胞裂解物暴露后PCR擴增TP鏈的凝膠電泳；

（d）凝膠電泳驗證了該工作原理。

圖三、端粒酶的活細胞熒光成像?

（a） 2 h時，用不同劑量SNAB探針治療HeLa細胞的熒光圖像；

（b） 6 nM SNAB探針孵育HeLa細胞的時間熒光圖像；

（c）不同劑量端粒酶抑制劑（AZT）的熒光圖像。

圖四、熒光成像和細胞流式表征不同細胞系的端粒酶活性

（a） SNAB探針治療10種常見腫瘤細胞的熒光成像圖；

（b） SNAB探針治療前后細胞的平均熒光增強因子；

（c） 細胞流式檢測SNAB探針治療后的平均熒光強度（HeLa和MRC-5為例）。

圖五、實體腫瘤中端粒酶活性的活體成像?

（a） SNAB治療后體內腫瘤的延時熒光圖像；

（b） 注射探針的裸鼠（紅色熒光）腫瘤切片共聚焦圖像。

【小結】

研究開發了一種在腫瘤細胞和正常細胞基礎上，可直接參與不可控細胞生長的生物標記物的通用性平臺。通過設計一系列的SNAB探針，智能結合SNA技術和分子信標，從而實現細胞內目標物的分析。由于SNAB技術既適用于單個細胞，也適用于體內的實體腫瘤（細胞裂解），使其在靈活性方面優于PCR技術。這種細胞內成像技術和基于不可控細胞生長的成像癌癥的概念預期將影響醫學診斷、治療效果評估和圖像引導手術。

文獻鏈接：Cross-Platform Cancer Cell Identification Using Telomerase-Specific Spherical Nucleic Acids（ACS Nano, 2018, DOI: ?10.1021/acsnano.8b00743）

本文由材料人生物材料組小胖紙編譯，點我加入材料人編輯部。

材料測試，數據分析，上測試谷