在液體活檢的研究中，基于表面上皮標志物（EpCAM和CK）的循環(huán)腫瘤細胞（CTC）檢測策略應用較為廣泛，但存在局限性。研究表明，CTC中的腫瘤相關miRNA與癌癥的發(fā)生和發(fā)展具有高度相關性，具有成為腫瘤表征和鑒定標志物的潛力。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(xiàn)多個miRNA的同步分析，是頗具挑戰(zhàn)性的工作。然而，新型的二維納米材料——金屬有機框架（MOF）因結構可控、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(lián)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。相關研究成果以“2D MOF Nanosensor-Integrated Digital Droplet Microfluidic Flow Cytometry for In Situ Detection of Multiple miRNAs in Single CTC Cells”為題，發(fā)表在Small上。

該研究開發(fā)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），突破了活細胞中核酸原位分析的技術瓶頸，高通量地實現(xiàn)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(shù)字液滴微流控流式細胞儀，可實現(xiàn)單個乳腺癌細胞中雙重miRNA標志物（miRNA-21和miRNA-10a）的原位檢測。

圖1 A) 同時檢測miRNA-21和miRNA-10a的MOF納米復合材料傳感器的制備方案；B) Nano-DMFC系統(tǒng)中的樣品處理單元和miRNA檢測單元，可實現(xiàn)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。

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(fā)生器、納米探針微注射單元和液滴熒光檢測單元。Nano-DMFC系統(tǒng)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(xiàn)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dsDNA從MOF表面分離，最終觸發(fā)熒光的恢復。不同類型的miRNA在單個細胞中產生不同的熒光信號。最后，研究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(xiàn)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(xiàn)出良好的重復性。該平臺驗證了以miRNA為標志物的CTC檢測新策略。Nano-DMFC系統(tǒng)作為小型化、高度集成、操作簡易的活細胞miRNA分析平臺，為探究腫瘤細胞異質性和鑒定細胞亞型提供了新思路，并在臨床研究中具有癌癥早期診斷和術后監(jiān)測的潛力。

研究工作得到國家自然科學基金、廣東省粵港聯(lián)合創(chuàng)新領域項目、深圳市科技創(chuàng)新委員會和香港研究資助局等的支持。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1002/smll.202201779

審核編輯 ：李倩