张忠平&高虓虎 ACS Nano : 利用端粒酶特异性的球形核酸进行多平台的癌细胞识别

【引言】

癌症具有多发性、易变性，已成为人们所着重关心和害怕的一类疾病。目前，比较常用的治疗方法—放疗和化疗，治疗效果差强人意。根据研究，在癌症早期发现并及时治疗是一种最有效的治疗方法。但是，早期如何在众多正常细胞中发现已开始癌变的细胞，是生物医学、临床医学界一直研究的重点和难点。其中最基本的困难就是癌细胞的异质性和缺乏真正特异性和理想的普适性癌症生物标记物。

【成果简介】

近日，中国科学技术大学的张忠平教授和华盛顿大学的高虓虎教授（共同通讯作者）开发了一种结合球形核酸（SNAs）和精细工程分子信标（SNAB技术），能够根据端粒酶活性的分子表型识别正常细胞中的癌细胞，但很大程度上忽略了癌症的异质性。由于SNAs能很好的进入细胞，SNAB探针可以在多平台进行癌细胞检测，从溶剂型分析到单细胞成像，再到活体实体肿瘤成像。SNAB技术未来可能会影响癌症诊断、治疗效果评估和图像引导手术。研究成果以题为“Cross-Platform Cancer Cell Identification Using Telomerase-Specific Spherical Nucleic Acids”发布在国际著名期刊ACS Nano上。

【图文导读】

图一、SNAB技术原理图和端粒酶检测原理图 

（a）SNAB探针结构和作用机理；

（b）在活细胞成像中，有端粒酶活性的SNAB作用于细胞图；

（c）不同剂量端粒酶孵育后的SNAB探针荧光光谱（左），荧光增强因子与端粒酶剂量的关系      （右）；

（d）在HeLa细胞裂解后，包含不同的细胞数量的SNAB探针荧光光谱（左），荧光增强因子与细胞数结合（右）。

图二、探头的优化和检测机制的验证

（a）探测器融化的温度；

（b）有或没有端粒酶，在37oC时探针的荧光强度；

（c）端粒酶或细胞裂解物暴露后PCR扩增TP链的凝胶电泳；

（d）凝胶电泳验证了该工作原理。

图三、端粒酶的活细胞荧光成像 

（a） 2 h时，用不同剂量SNAB探针治疗HeLa细胞的荧光图像；

（b） 6 nM SNAB探针孵育HeLa细胞的时间荧光图像；

（c）不同剂量端粒酶抑制剂（AZT）的荧光图像。

图四、荧光成像和细胞流式表征不同细胞系的端粒酶活性

（a） SNAB探针治疗10种常见肿瘤细胞的荧光成像图；

（b） SNAB探针治疗前后细胞的平均荧光增强因子；

（c） 细胞流式检测SNAB探针治疗后的平均荧光强度（HeLa和MRC-5为例）。

图五、实体肿瘤中端粒酶活性的活体成像 

（a） SNAB治疗后体内肿瘤的延时荧光图像；

（b） 注射探针的裸鼠（红色荧光）肿瘤切片共聚焦图像。

【小结】

研究开发了一种在肿瘤细胞和正常细胞基础上，可直接参与不可控细胞生长的生物标记物的通用性平台。通过设计一系列的SNAB探针，智能结合SNA技术和分子信标，从而实现细胞内目标物的分析。由于SNAB技术既适用于单个细胞，也适用于体内的实体肿瘤（细胞裂解），使其在灵活性方面优于PCR技术。这种细胞内成像技术和基于不可控细胞生长的成像癌症的概念预期将影响医学诊断、治疗效果评估和图像引导手术。

文献链接：Cross-Platform Cancer Cell Identification Using Telomerase-Specific Spherical Nucleic Acids（ACS Nano, 2018, DOI:  10.1021/acsnano.8b00743）

本文由材料人生物材料组小胖纸编译，点我加入材料人编辑部。

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