Biosens Bioelectron | 南京邮电大学汪联辉、苏邵和南京理工大学万莹：普适型表面增强拉曼光谱传感平台的构建及其用于胃癌相关外泌体的高灵敏检测---改名字胃癌是世界致死率第二大的癌症，严重威胁着人类的生命健康。目前，胃癌诊断的金标准仍是胃镜结合病理活检。然而，这种方法具有侵入性和延迟性，至少需要5毫米的病灶才能观察到。因此，发展无创胃癌早期诊断方法对于制定更有效的治疗策略和降低死亡率具有重要的临床意义。外泌体是细胞外囊泡的一种，它参与细胞间物质运输与信息传递、调控细胞生理活动等。外泌体含有与细胞来源相关的蛋白质和核酸，被认为是多种疾病早期诊断理想的生物标志物，备受广大科研工作者青睐。近期，南京邮电大学汪联辉、苏邵教授课题组联合南京理工大学万莹教授课题组，将具有高表面增强拉曼活性的金纳米星颗粒功能化二硫化钼纳米复合材料与具有高特异性分子识别能力的核酸适体相结合，开发了一种可高灵敏、高特异性检测胃癌细胞外泌体的表面增强拉曼光谱（SERS）生物传感器。相关成果以“Sensing gastric cancer exosomes with MoS2-based SERS aptasensor”为题发表在国际权威杂志Biosensors and Bioelectronics上（DOI:10.1016/j.bios.2022.114553），南京邮电大学硕士研究生潘合猛为该论文的第一作者。研究工作得到了国家重点研发计划项目、江苏省前沿引领技术基础研究专项等科研项目的支持。
二硫化钼具有典型的层状纳米结构，属于过渡金属硫族化合物（TMDs）家族。它具有比表面积大、易于功能化、高的化学活性等特性，可与贵金属纳米颗粒杂合形成具有高表面增强拉曼活性的纳米复合材料。基于上述特性，研究者成功制备了金纳米星颗粒功能化二硫化钼纳米复合材料（MoS2-AuNSs），并以此材料为表面增强拉曼活性基底，引入特异性识别外泌体表面CD63蛋白的核酸适体，开发了一种高灵敏、高特异性检测胃癌细胞外泌体的表面增强拉曼（SERS）生物传感器。如图1所示，他们首先设计了拉曼信号分子ROX标记的核酸适配体（ROX-Apt），通过碱基互补配对与基底表面的探针DNA形成双链固定在MoS2-AuNSs纳米复合材料表面。没有外泌体时，拉曼信号分子ROX与MoS2-AuNSs活性基底之间距离较近，由于AuNSs和MoS2的协同增强效应，可获得显著的ROX拉曼信号，此时SERS信号最强。加入外泌体后，信号探针ROX-Apt识别外泌体表面CD63蛋白与外泌体特异性结合，形成ROX-Apt-外泌体复合物并从MoS2-AuNSs基底表面脱落，导致SERS信号降低。通过监测SERS信号变化，该传感器可在5.5×105到5.5×105颗粒每微升浓度范围内实现对胃癌相关外泌体的定量分析，检测限低至17颗粒每微升（图2）。不仅如此，该传感器还具有良好的检测选择性、高的检测重复性和保存稳定性，保证了该传感器可在50%人血清环境中依然能高效检测胃癌细胞外泌体，显示其在复杂体系中检测应用潜力（图3）。
图1. 基于核酸适体的SERS生物传感器用于外泌体检测原理图
图2. 该生物传感器的（A-B）检测线性区间和（C-D）检测选择性
图3. 该传感器的（A）检测重复性、（B）保存稳定性和（C）实际样本中的检测能力该研究结合核酸适体特异性识别能力和MoS2-AuNSs纳米复合材料高拉曼增强活性的特性，构建了一种“信号关闭”型SERS核酸适体生物传感器，用于胃癌细胞分泌的外泌体高灵敏、高特异性检测。所设计的SERS生物传感器具有普适性，可通过合理设计识别不同外泌体表面蛋白的核酸适体，发展多种外泌体的同时检测或外泌体不同亚型的分离与检测的生物传感平台，在临床诊断和生物医学研究中具有广阔的应用前景。
参考文献：Sensing gastric cancer exosomes with MoS 2-based SERS aptasensor, Biosens Bioelectron. 2022 Jul 9;215:114553. doi: 10.1016/j.bios.2022.114553.
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