在液體活檢的研究中，基于表面上皮標志物(EpCAM和CK)的循環腫瘤細胞(CTC)檢測策略雖然應用較為廣泛，但仍然存在許多局限性。研究表明，CTC 中的腫瘤相關 miRNA與癌癥的發生和發展具有高度相關性，具有成為腫瘤表征和鑒定標志物的巨大潛力。目前，高通量地針對單個CTC在活細胞水平開展原位分析，并進一步實現多個miRNA的同步分析，仍然是十分具有挑戰性的工作。然而，新型的二維納米材料——金屬有機框架(MOF)因其結構可控、功能多樣的特性，為研究人員提供了活細胞探針載體的新思路。
近日，中國科學院深圳先進技術研究院陳艷團隊聯合清華大學深圳國際研究生院譚英團隊、香港理工大學楊莫團隊提出了一種新型的2D MOF納米傳感器集成的液滴微流控流式細胞儀(Nano-DMFC)，可應用于CTC單細胞miRNA的原位多重檢測。該研究工作以陳俊粵、格日樂為共同一作，以“2D MOF Nanosensor-Integrated Digital Droplet Microfluidic Flow Cytometry for In Situ Detection of Multiple miRNAs in Single CTC Cells”為題發表在權威學術期刊Small (DOI: 10.1002/smll.202201779)上。
本研究開發了一種新型的2D MOF納米傳感器集成的液滴微流控流式細胞儀(Nano-DMFC)，突破了目前活細胞中核酸原位分析的技術瓶頸，高通量地實現了樣本中單個CTC活細胞miRNA的原位、多重、定量分析。該納米傳感方案以金屬有機框架MOF為猝滅劑，雙色熒光染料標記DNA探針為供體，首次合成了用于雙重miRNAs檢測的生物功能化MOF熒光共振能量轉移(FRET)納米探針。該2D MOF納米傳感器修飾了兩種乳腺癌靶向多肽序列，以增加腫瘤細胞靶向和內體逃逸能力。集成2D MOF納米傳感器的數字液滴微流控流式細胞儀，可以實現單個乳腺癌細胞中雙重miRNA標志物(miRNA-21和miRNA-10a)的原位檢測。
納米傳感器集成的液滴微流控流式細胞儀由三部分組成: 單細胞液滴發生器，納米探針微注射單元和液滴熒光檢測單元。Nano-DMFC系統首先產生單細胞液滴，然后2D MOF納米傳感器被精確地微注射到每個單細胞液滴中，在活細胞水平實現單個腫瘤細胞中的雙重 miRNA表征。在單個腫瘤細胞內存在目標miRNA時，MOF納米片上的染料標記的ssDNA 與其靶標形成雜交雙鏈DNA (dsDNA)，dsDNA和MOF之間的相互作用減弱，使得dsDNA從MOF表面分離，最終觸發熒光的恢復。不同類型的 miRNA 在單個細胞中會產生不同的熒光信號。最后，使用光纖集成的液滴流式檢測裝置，在納米探針孵育后對液滴中的信號進行檢測和分析，從而實現對單細胞中雙重miRNA的檢測。實驗結果表明，Nano-DMFC平臺能夠以雙重miRNA為靶標在仿生樣本(含有10,000個陰性上皮細胞)中檢測出10個陽性CTC細胞，同時在加標血液樣本的回收實驗中表現出良好的重復性，因此該平臺成功驗證了以miRNA為標志物的CTC檢測新策略。Nano-DMFC系統作為一種小型化、高度集成、操作簡易的活細胞miRNA分析平臺，為研究腫瘤細胞異質性和鑒定細胞亞型提供了新的思路，在臨床研究中具有癌癥早期診斷和術后監測的潛力。
本研究工作得到了國家自然科學基金、廣東省粵港聯合創新領域項目、深圳市科技創新委、香港研究資助局等多個項目經費的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202201779
圖1 A) 同時檢測miR-21和miR-10a的MOF-PEG-peps納米復合材料傳感器的制備方案。B) Nano-DMFC系統中的樣品處理單元和miRNA檢測單元，可實現單細胞液滴包裹、納米傳感器微注射、單個CTC細胞多重miRNA熒光檢測。
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