Biosens Bioelectron：外泌体miRNA等温扩增和检测的便携式系统

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Biosens Bioelectron：一种进行外泌体miRNA等温扩增和检测的便携式系统

外泌体miRNA在细胞间通讯中发挥关键作用，调节靶细胞中的基因表达，并可作为疾病诊断生物标志物。来自爱荷华州立大学的研究团队开发了一种用于快速分析外泌体miRNA的芯片上的外泌体miRNA扩增和检测系统。该研究发表于Biosensors & Bioelectronics杂志上。

短链非编码RNA，即miRNA，通过转录后调控参与许多基本的细胞过程。最近的研究表明，异常的miRNA表达水平与癌症等许多疾病进展密切相关。已经表明，miRNA在一些肿瘤相关细胞行为中起作用。此外，由于miRNAs是细胞类型特异性的，因此miRNAs特征可用于识别它们的亲本细胞。因此，在体液中循环的miRNA已成为液体活检的有希望的生物标志物。人们对用于临床诊断的miRNA分析检测的开发产生了巨大的兴趣。与循环 miRNA不同，外泌体miRNA在外泌体或细胞外囊泡（EV）内进行分类和运输，外泌体是从大多数细胞类型释放到细胞外体液中的直径为 30-150nm 的颗粒。最近在EV中发现了各种外泌体核酸，包括mRNA、miRNA 和其他非编码 RNA。外泌体miRNA在细胞间通讯中起关键作用，装载在EV中的外泌体miRNA高度稳定，因此被认为是检测和监测疾病的更可靠的生物标志物。
基于miRNA的生物标志物的应用不断增加，因此需要更快速、灵敏、特异和低成本的 miRNA检测技术。然而，由于miRNA的序列短、miRNA家族内的序列相似性高以及在亲代细胞中的浓度范围大，对miRNA靶点的快速分析仍然具有挑战性。传统的定量PCR（qPCR）不适用于直接检测miRNA，因为短序列的PCR引物容易产生引物二聚体，扩增缺乏特异性。为了解决这个问题，人们开发了改进的qPCR方法，例如茎环逆转录 (RT)-PCR 和 RNA的聚腺苷酸化。一些基于杂交的传感器，如电化学、光学和晶体管传感器，也已被证明可用于miRNA检测而无需扩增。另一方面，miRNA分析技术，包括miRNA测序和微阵列技术，已被用于多重miRNA分析。最近，等温扩增已成为快速检测miRNA的有效方法。等温扩增方法包括滚环扩增、指数扩增反应（EXPAR）、催化发夹组装、环介导等温扩增、链置换扩增和杂交链反应。等温扩增具有检测方案简单、检测时间短、多重 miRNA目标的高度灵活性等吸引人的特点，这些都是开发即时(POC) miRNA传感技术所非常需要的。
在这项工作中，研究人员提出了一种用于快速富集EV和检测外泌体miRNA的POC传感器系统，如示意图所示。这个紧凑型系统由两个连接的流动池组成，分别用于处理外泌体和检测miRNA。在芯片上通过指数扩增反应 (EXPAR) 测定法定量测量从外泌体中提取的 miRNA。传感器芯片旨在为EXPAR存储多个寡核苷酸模板、混合样品和试剂，并同时分析多个感兴趣的外泌体 miRNA。为了帮助miRNA分析，在IoT平台上构建了便携式检测仪器，使用低成本微控制器来执行EXPAR检测、收集荧光图像和分析扩增曲线。通过这个系统，研究人员研究了来自组织巨噬细胞的三种不同表型的外泌体携带的miRNA 谱，能够在不到一个半小时内分析外泌体miRNA。这种经济实惠、快速检测、多重分析以及一次性传感器芯片，将促进外泌体miRNA的即时液体活检的发展。
参考文献： Aportable system for isothermal amplification and detection of exosomalmicroRNAs. Biosens Bioelectron. 2021 Oct 14;196:113707.