重庆医科大学：对NSCLC相关的外泌体miRNA进行检测

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重庆医科大学：基于表面等离振子共振成像的生物传感器对NSCLC相关的外泌体miRNA进行检测

外泌体miRNA是非小细胞肺癌（NSCLC）早期诊断的潜在肿瘤生物标志物。近日，来自重庆医科大学检验医学院丁世家课题组的研究团队开发了一种基于表面等离子体共振成像（SPRi）的生物传感器，同时使用Au-on-Ag异质结构和DNA四面体框架（DTF）检测临床样品中的NSCLC相关外泌体miRNA，检测结果能够准确区分出来NSCLC患者，为NSCLC的早期诊断提供了新的可能性。该研究发表于Biosens Bioelectron杂志上。

肺癌是癌症相关死亡的主要原因。非小细胞肺癌（NSCLC）是最常见的肺癌类型，由于缺乏典型的临床症状，在诊断时多数已经为晚期，五年生存率低至15％。早期诊断可以显着提高生存率并降低治疗成本。然而，由于检测通量低、诊断准确性差和侵入性，基于蛋白质组生物标志物、体内成像和组织活检的常规诊断方法受到限制。因此，开发准确、无创地早期诊断非小细胞肺癌的方法仍然是当务之急。

外泌体是介于30到150 nm之间的小纳米囊泡，被活细胞分泌到体液中，它们可以通过转移生物分子（包括DNA、RNA和蛋白质）参与细胞间的通信。其中，外泌体miRNA是一种非编码内源性小RNA（20-24 bp），通过抑制靶mRNA的表达来介导蛋白质水平，在总外泌体RNA中的比例很高，在肿瘤进展和转移中起着重要作用。研究表明，外泌体miRNA（miRNA-21、miRNA-378、miRNA-200和miRNA-139）是筛选NSCLC的潜在生物标志物。此外，与血清miRNA相比，外泌体miRNA具有两个重要特征，有助于改善NSCLC的诊断：一个是肿瘤细胞来源的外泌体的浓度明显高于正常细胞来源的外泌体的浓度，另一个是外泌体膜可保护封装的miRNA免受RNase的降解。因此，外泌体miRNA的检测作为非侵入性和可靠的NSCLC诊断方式具有广阔的前景。

定量逆转录聚合酶链式反应（qRT-PCR）是miRNA分析的常规方法。然而，由于miRNA的内在特性，包括长度短、低丰度和高序列相似性，qRT-PCR存在一些缺陷，如繁琐的引物设计和假阳性错误。因此，已经进行了许多尝试来开发用于检测外泌体miRNA的替代方法。然而，这些方法需要繁琐的信号分子标记，例如荧光团、亚甲基蓝和二茂铁。更糟糕的是，由于一种生物标志物与多种癌症都具有相关性，很难从单一外泌体miRNA分析的结果中得出准确的结论。为了提高NSCLC的早期诊断的准确性，非常需要开发能够在单个临床样品中同时检测多个外泌体miRNA的方法。

基于表面等离振子共振成像（SPRi）的生物传感器是一种高通量、无标记的技术，可以实时、可见和无创方式检测各种临床感兴趣的分析物。与其他传感方法（表面增强拉曼散射、荧光和电化学）相比，基于SPRi的生物传感器不需要额外的染料、标签或特殊试剂即可产生输出信号。鉴于这些优势，生物传感器是同时检测多种外泌体miRNA的最佳传感平台。然而，由于缺乏有效的SPR放大器，使用基于SPRi的生物传感器检测外泌体miRNA仍然具有挑战性。另一方面，复杂的生理基质（蛋白质、核酸和脂质）在传感器芯片上的非特异性吸附会掩盖特异性信号，从而导致测定特异性和灵敏度急剧降低，从而严重限制了其临床应用。

等离子体金属纳米结构，特别是金（Au）和银（Ag），由于其可调节的光学特性和简单的合成，已成为引起SPR信号增强的标记物，引起了相当大的关注。然而，单一类型的金属纳米结构在提高灵敏度方面受到限制。解决这一问题的有效方法是引入具有多种金属成分的异质纳米结构。为了简单而直接地组装异质结构，由于碱基对的可编程性和结合准确性，DNA分子可以充当连接子。基于单链DNA（ssDNA）和附着在金属纳米结构表面的互补序列之间的杂交，研究人员已经创建了不同构型的金属异质结构，表现出出色的协同效应。在这方面，DNA介导的金属异质结构为构建理想的放大器增强SPR信号提供了机会。

在本研究中，研究团队开发了一种基于SPRi的生物传感器，用于通过Au-on-Ag异质结构和DNA四面体框架（DTF）之间的协同作用超灵敏地检测NSCLC相关的外泌体miRNA。 DTF是一种新兴的具有优异的机械刚性和结构稳定性的DNA纳米材料，不仅可以降低探针的缠结和拥挤效应提高探针的结合效率，同时提高了传感器接口的防污能力。外泌体miRNA特异地结合到锚定在金阵列芯片上的DTF探针上，启动Au-on-Ag异质结构的自组装，以引起强大的SPR响应信号，超灵敏地检测外泌体miRNA。这种高通量生物传感器为NSCLC的早期诊断提供了准确的平台。

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参考文献：Surface plasmon resonance imaging-based biosensor for multiplex and ultrasensitive detection of NSCLC-associated exosomal miRNAs using DNA programmed heterostructure of Au-on-Ag. Biosens Bioelectron. 2020 Nov 22:112835.