DNA适配体-纳米三维基底用于目标淋巴细胞的捕获与释放

细胞与材料表面的相互作用是生物材料,生物医药,生物界面领域最重要的科学问题之一。长期以来研究者们一直期望能够通过调节材料表面的物理化学性质,如化学组成,亲/疏水性,拓扑结构等等,来控制细胞在材料表面的粘附,迁移甚至动态的释放。

由于传统二维平面与真实生理环境具有较大差异,近年来人们越来越关注三维结构表面与细胞的相互作用。最近,中国科学院化学研究所的王树涛研究员、陈立博士及国家纳米中心的韩东研究员等发明了一种新型的三维纳米结构芯片,可以实现对目标淋巴细胞两个数量级的捕获效率的提升;另一方面,约90%捕获到的细胞能够被有效的释放并存活下来,可用于后续的细胞和分子水平的检测和诊断。这一方法在基于细胞分离和筛选的基础上进行的重要疾病诊断方面,如HIV检测,癌症检测,干细胞分离领域,具有非常大的潜在应用前景。

这种新型芯片的基底是通过化学腐蚀在单晶硅表面形成的三维硅纳米线阵列。然后再利用生物化学方法,在纳米线阵列表面修饰了特定的DNA适配体(Aptamer)。这些DNA适配体可以识别目标淋巴细胞细胞膜上的受体,从而产生特异性的粘附。重要的是,捕获细胞后可以用DNA外切酶切断DNA适配体来释放目标细胞,避免了传统上使用胰蛋白酶释放细胞对细胞表面蛋白所造成的破坏。他们推测,表面分子识别与拓扑结构识别的协同效应,是目标细胞高效捕获的最主要的原因。首先,纳米三维结构基底将分子水平的识别作用与微纳米尺度的细胞尺寸有效的联结起来;其次,充分提高了单位面积上的识别分子的数量;再次,为细胞提供了一种不同于平面的三维的接触模式。这种三维的非连续接触模式提供了一个快速捕获和快速释放的检测平台,绝大部分捕获到的细胞可以有效无损的释放并存活下来。这对于后续的细胞和分子水平的检测和诊断,是非常有帮助的。

这一研究工作是王树涛研究员在纳米结构用于细胞分离领域的又一新的成果。此前,他和美国加州大学的合作者们首先成功地发现了三维纳米基底与细胞的特殊拓扑结构识别作用,可以有效的提高血液中循环肿瘤细胞的捕获效率。然后通过将三维纳米结构基底集成到微流控芯片中,他们成功地实现了对数十例癌症病人血液样本中循环肿瘤细胞的分离与检测。相关成果已作为封面报道发表于国际知名杂志Angewandte Chemie International Edition,并被Nature Medicine作为研究亮点报道。对目标细胞的分离与筛选,在重大疾病的诊断和早期预警上一直都非常重要。尤其是,对其它疾病相关的重要细胞标志物,如干细胞和循环肿瘤细胞等,实现有效的筛选。研究人员表示还将尝试开发新型的智能生物界面材料来用于这一领域,这些研究将极大的改善人们的健康生活。

L. Chen et. al., Adv. Mater. 2011; DOI: 10.1002/adma.201102435