肿瘤细胞来源外泌体内含丰富的多种生物学物质（如：蛋白质、miRNA和DNA等），可为肿瘤性疾病的液体活检提供重要靶标。但是，由于目前分离手段效率低下，导致发展简单、灵敏、特异的检测技术受到限制，影响了其临床转化应用。因此，对肿瘤来源外泌体高效富集，进而发展新的兼具创新和实用性的检测系统（高效富集+精准检测）是亟待解决的关键问题。
基于此，川北医学院附属医院郭斌副教授与重庆医科大学丁世家教授团队合作报道了一种工程化红细胞的构建，以及无缝衔接等离子共振传感器在一体化分离、检测非小细胞肺癌来源外泌体靶标中的应用。相关研究以“Biocompatible engineered erythrocytes as plasmonic sensor initiators for high-sensitive screening of non-small cell lung cancer-derived exosomal miRNA in an integrated system”为题，于2022年10月13日发表在Biosensors& Bioelectronics上 (2022 Oct 13;219:114802)。该项目聚焦外泌体液体活检中的临床应用问题，交叉整合材料科学、纳米与分子诊断技术，借助共振光学检测原理在基础理论和应用前沿两个层面展开科学探索(图1)。
图1.A: 工程化红细胞的构建及对外泌体的分离示意图；B:基于SPR共振传感与纳米组装技术的肿瘤来源外泌体miRNA检测示意图1. 工程化红细胞的制备与应用针对目前外泌体分离技术操作繁琐和提取纯度等问题，研究创造性地提出：将红细胞与适配体通过血型抗体有机链接用于外泌体分离。与磁珠相比，以红细胞作为载体的优点在于：其一，红细胞为天然性物质，在同血型血浆中兼容性强；其二，红细胞可自然悬浮在血浆中且分布均匀，在短时间内不易凝结，有效扩展了接触面积和时间；其三，红细胞具有质量效应，瞬时离心即可方便分离；其四，由于红细胞内只含血红蛋白，分离后无需处理可直接提取外泌体内含核酸、蛋白等靶标进行后续分析检测。因此，通过整合红细胞的生物兼容性、悬浮性、单纯性、质量效应和适配体的特异识别、无损释放优势，该研究成功组装了用于外泌体高效分离的“工程化红细胞”，并在实际应用中证实了其捕获外泌体的有效性 (图2)。
图2. 工程化红细胞捕获荧光染色外泌体荧光表征图（A: RED通道工程化红细胞红色荧光；B：FITC通道工程化红细胞捕获绿色荧光标记外泌体；C：Merge通道功能化红细胞捕获外泌体）2. 基于纳米自组装材料的SPR共振传感方法的建立针对目前外泌体靶标高效检测问题，研究创新性构建了以全新DNA自组装树枝状纳米结构串联锆MOF材料为基元的双重信号放大系统。通过在三联体核酸自组装基础上加入一条连接链，构建连续发展的树枝状纳米结构；并在枝状纳米结构的连接链单核苷酸链末端修饰磷酸盐，串联锆MOF在树枝上的实时在线生长。因此，在表面等离子共振（SPR）平台上获得了更优越的刺激响应信号，提升SPR 分析灵敏度的同时，实现了对外泌体靶标miR-155的超灵敏检测，形成了新的分析手段和技术(图3)。
图3. 外泌体miR-155检测性能示意图（A：1nM miR-155的SPR信号传感器图，曲线1、2、3和4分别表示连接链/磷酸盐DNA/Zr MOF，miR-155/连接链，miR-155/连接链/磷酸盐DNA，miR-155/连接链/磷酸盐DNA/ Zr MOF； B：不同样本注入后SPR响应信号对比；C：检测0至106 fM浓度范围内的miR-155的SPR传感图；D: 分析浓度与SPR响应信号线性相关）综上所述，研究通过构建Aptamer-antibody-RBC捕获体，高效分离外泌体的同时，无缝衔接基于纳米材料自组装信号放大体系的SPR分析平台，实现了对疾病标志物的高灵敏、快速检测，为一体化外泌体液体活检系统整体解决方案的建立提供了新思路。方法应用于临床实际样本检测，也取得了良好的效果，能有效鉴别疾病与非疾病患者，同时也能用于预后评估。当然，更进一步的研究仍然需要聚焦于外泌体靶标的不稳定性，特异性适配体的开发亟待需要；与此同时，界面传感的抗污性能还有待增强。参考文献：Biocompatible engineered erythrocytes as plasmonic sensor initiators for high-sensitive screening of non-small cell lung cancer-derived exosomal miRNA in an integrated system. Biosens Bioelectron. 2022 Oct 13;219:114802. doi: 10.1016/j.bios.2022.114802.团队简介该研究团队在丁世家教授和郭斌副教授的带领下，已形成完善的研究人才梯队和多元化的研究领域，团队共有指导教师8名，全部具有博士学历，其中教授2名，副教授4名，讲师2名，团队共有博士后、博士、硕士研究生共计40余名。近年来交叉整合多种学科，在核酸、蛋白、小分子标志物分析传感技术与纳米材料诊疗技术领域进行融合创新，取得了卓越的科研成果，近五年在Science Advances、Biosensors& Bioelectronics、ACS Applied Materials& Interfaces、Journal of Nanobiotechnology等杂志共发表研究论文80余篇，累积影响因子近500分。团队研究方向之一是以外泌体及其内含物为靶标，基于SPR传感、等温扩增和纳米自组装技术开展一系列探索工作，并积累了丰富的研究经验，近日在Biosensors and Bioelectronics上发表的最新研究成果，有望在外泌体研究领域开辟新的道路，向临床应用继续迈进。
个人简介郭 斌中共党员，博士研究生，副教授，硕士研究生导师。毕业于重庆医科大学 检验医学院，先后师从全国检验领域杰出专家罗春丽、丁世家教授。现任职务： 川北医学院医学检验系临床生化教研室主任川北医学院附属医院检验科生化免疫团队负责人学术任职： 中国医学装备协会应用评价分会 委员四川省医师协会检验医师分会 委员四川省医学会变态反应专委会委员南充市医学会检验专委会常务委员荣誉称号： 四川省卫健委学术与技术带头人后备人选川北医学院优秀中青年骨干教师川北医学院附属医院优秀骨干医师学术水平： 主持国家自然科学基金（面上项目）1项，教育部产学研项目1项，四川省科技厅应用基础研究项目1项，四川省教育厅项目1项、卫健委项目1项，南充市科技局项目1项，川北医学院校级项目5项；参与国家、省部级、厅局级项目6项。四川省一流本科课程、应用示范课程骨干教师，获优秀教学成果奖。在Biosensors and Bioelectronics、ACS applied mateials&interfaces、Sensors and Actuators B: Chemical、中华医院感染学杂志等期刊发表论著40余篇：SCI收录10篇。曾获重庆市卫生局医学科技成果二等奖1项，南充市双创大赛年度十大创新项目1项，四川省医学会优秀论文一等奖1项，四川省医师协会优秀论文奖2项。参编医学检验人卫版教材1部，专著1部。获国家实用新型专利2项，软件著作权专利2项。任《检验医学》杂志特约审稿人。
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