文/陳根

肺癌的發(fā)病率和死亡率一直處于惡性腫瘤的前幾位，2020年全球肺癌發(fā)病人群達(dá)到220萬例。在這其中，中國的肺癌新發(fā)率為82萬例，死亡率達(dá)到71萬人，屬于全球肺癌發(fā)病率和死亡率最高的國家。

肺癌發(fā)生的原因一般是特定基因產(chǎn)生了突變，由此引起腫瘤細(xì)胞產(chǎn)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(jì)于事。

EGFR突變在肺癌基因突變中存在率最高。盡管EGFR靶向藥物可有效延長患者存活期，但腫瘤細(xì)胞容易產(chǎn)生耐藥性，從而造成靶向藥物失效。預(yù)測患者是否存在EGFR突變，并推斷其腫瘤細(xì)胞對靶向藥物的耐藥性，在提高肺癌治療效果中起著重要作用。

基于此，研究人員開發(fā)出一種新型單個活細(xì)胞水平研究平臺（Single Living Cell Analysis Nanoplatform，下稱 SLCA 平臺），借助納米電遞送技術(shù)，該平臺可將用于原位信號放大的多米諾熒光探針，高效遞送到活細(xì)胞內(nèi)，從而在單細(xì)胞水平檢測細(xì)胞內(nèi)的基因突變。

同時，基于微孔陣列的納米芯片擁有細(xì)胞尋址能力，它能對腫瘤細(xì)胞進(jìn)行耐藥性原位分析。

在研究中，“多米諾”DNA 探針可以通過堿基互補配對的原則，把成對的發(fā)夾 DNA 序列組裝成致密的螺旋鏈。在與靶 RNA 孵育后，該探針會在 30 分鐘內(nèi)快速反應(yīng)，并使其熒光倍率增強，最終實現(xiàn)在單細(xì)胞內(nèi)具有較強的熒光檢測信號。與傳統(tǒng)的分子信標(biāo)相比，多米諾探針被靶標(biāo)RNA識別的反應(yīng)速度加快了4倍，熒光信號增強了10倍。

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

該納米芯片由三個部件組成，分別是用于細(xì)胞定位和培養(yǎng)的微孔陣列、用于探針輸送的納米孔、以及用于建立電場的電極。

其中，這些微孔陣列膜可被分為上腔和下腔，相關(guān)細(xì)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(xì)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，并在納米孔之間形成偏置電壓，從而穿透細(xì)胞膜。

通過使用此方法，可以巧妙避免同電荷細(xì)胞膜與多米諾探針之間的斥力問題，還能在可調(diào)節(jié)的電場下實現(xiàn)單細(xì)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(jìn)細(xì)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(lián)合多米諾探針檢測并追蹤微孔中的每個細(xì)胞。由于這些癌細(xì)胞都位于可尋址微孔中，因此在遞送之后，可實現(xiàn)細(xì)胞里的 EGFR 基因突變檢測，以及后續(xù)的耐藥性分析。

簡單來說，這種納米生物芯片，可以在原位進(jìn)行高通量活細(xì)胞培養(yǎng)，并在活細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行突變基因探測，另外，其還能分析同一細(xì)胞行為。

目前，相關(guān)研究成果《用于基因突變和細(xì)胞行為高通量探測的單個活細(xì)胞分析納米平臺》已發(fā)表在Nano Letters上，未來，該芯片有望通過技術(shù)轉(zhuǎn)化，應(yīng)用于臨床藥物篩選和精準(zhǔn)醫(yī)療。