陳根：研究開發納米芯片，30分鐘即可解析細胞突變_風聞

文/陳根

肺癌的發病率和死亡率一直處於惡性腫瘤的前幾位，2020年全球肺癌發病人羣達到220萬例。在這其中，中國的肺癌新發率為82萬例，死亡率達到71萬人，屬於全球肺癌發病率和死亡率最高的國家。

肺癌發生的原因一般是特定基因產生了突變，由此引起腫瘤細胞產生特殊行為，例如超強的耐藥性，這時使用再昂貴的藥物，往往也無濟於事。

EGFR突變在肺癌基因突變中存在率最高。儘管EGFR靶向藥物可有效延長患者存活期，但腫瘤細胞容易產生耐藥性，從而造成靶向藥物失效。預測患者是否存在EGFR突變，並推斷其腫瘤細胞對靶向藥物的耐藥性，在提高肺癌治療效果中起着重要作用。

基於此，研究人員開發出一種新型單個活細胞水平研究平台（Single Living Cell Analysis Nanoplatform，下稱 SLCA 平台），藉助納米電遞送技術，該平台可將用於原位信號放大的多米諾熒光探針，高效遞送到活細胞內，從而在單細胞水平檢測細胞內的基因突變。

同時，基於微孔陣列的納米芯片擁有細胞尋址能力，它能對腫瘤細胞進行耐藥性原位分析。

在研究中，“多米諾”DNA 探針可以通過鹼基互補配對的原則，把成對的髮夾 DNA 序列組裝成緻密的螺旋鏈。在與靶 RNA 孵育後，該探針會在 30 分鐘內快速反應，並使其熒光倍率增強，最終實現在單細胞內具有較強的熒光檢測信號。與傳統的分子信標相比，多米諾探針被靶標RNA識別的反應速度加快了4倍，熒光信號增強了10倍。

為了實現高效且安全的探針傳遞，同時允許在單細胞水平上對細胞行為進行原位觀察，研究人員又開發出一種納米芯片，該芯片可將多米諾探針傳遞到活細胞中，並可在芯片上進行細胞培養與觀察。

該納米芯片由三個部件組成，分別是用於細胞定位和培養的微孔陣列、用於探針輸送的納米孔、以及用於建立電場的電極。

其中，這些微孔陣列膜可被分為上腔和下腔，相關細胞和多米諾探針都會通過帶有納米孔的微孔陣列膜，這樣排列在微孔陣列中的單細胞可與微孔底部的納米孔緊密相連。而在外部低電壓下，納米孔會聚集電場，並在納米孔之間形成偏置電壓，從而穿透細胞膜。

通過使用此方法，可以巧妙避免同電荷細胞膜與多米諾探針之間的斥力問題，還能在可調節的電場下實現單細胞膜上的精確電穿孔，可控、高效、均勻地將多米諾探針傳遞進細胞。

此外，在芯片上，每個微孔都有一個唯一的地址，這樣就能聯合多米諾探針檢測並追蹤微孔中的每個細胞。由於這些癌細胞都位於可尋址微孔中，因此在遞送之後，可實現細胞裏的 EGFR 基因突變檢測，以及後續的耐藥性分析。

簡單來説，這種納米生物芯片，可以在原位進行高通量活細胞培養，並在活細胞內進行突變基因探測，另外，其還能分析同一細胞行為。

目前，相關研究成果《用於基因突變和細胞行為高通量探測的單個活細胞分析納米平台》已發表在Nano Letters上，未來，該芯片有望通過技術轉化，應用於臨牀藥物篩選和精準醫療。