Small:基于多级仿生设计微球的高效、无标记细胞捕获

多级结构材料由于复杂可控的结构和独特的物理化学性质,在生物医学等领域具有广泛应用。然而由于自然界中的多级结构在总量和纯度上都十分有限,生产设计多级结构材料非常困难且具有巨大实际需求。相较于传统的工程学手段,利用化学方法制备多级结构材料往往具有低成本、高产量等优势。多级结构材料的合成有以下三个关键因素:1)不同结构单元的组装顺序;2)结构单元之间的结合方式;3)结构单元的尺寸选择与界面调控。考虑到这些因素,多级结构材料的大规模生产仍然非常困难,研究急需探索出高效简便的多级结构材料合成方法。

同时,细胞分析在疾病诊断等生物医学领域有着非常广泛的应用。在对生物样本进行细胞分析时,由于样本的高度复杂性,研究往往需要在检测前对细胞进行捕获和富集。目前已有的细胞捕获方法可以分为预标记捕获和无标记捕获。相比于需要抗体等分子探针处理细胞的预标记捕获,无标记捕获是一种更新颖有效的捕获方式。用于高效无标记捕获的理想材料和设备往往需要满足以下三个条件:1)对细胞膜有强吸附能力的表面拓扑结构;2)高生物相容性和亲和力;3)能够有效阻止细胞内吞作用;4)细胞捕获全过程中保持稳定结构。

工作整体示意图,包括多级结构组装、表面功能化与细胞捕获应用。

针对多级结构材料设计与细胞分析应用,近日上海交通大学生物医学工程学院钱昆教授团队设计了一种可用于高效无标记细胞捕获的新型多级仿病毒结构微球。通过静电相互作用、共价键合及小型纳米颗粒的交联作用对三种不同尺寸的微纳单元进行组装,构建了具有仿病毒结构的多级结构微球。值得注意的是,通过筛选组装方式,研究选用了特定尺寸的纳米粒子(粒径~15 nm)作为纳米胶水,突破了多级结构组装难题,结果显示多级结构稳定性良好;进而通过表面透明质酸功能化,提高微球的生物相容性,具备强细胞吸附能力,进而应用于MCF-7、A549、SKBR-3细胞捕获,捕获效率达到了87.9%-98.7%。与现有技术相比,多级结构捕获细胞高效简易、且对细胞损伤较小,预期可以被广泛运用于生物细胞分析、液体活检与疾病早筛等临床检测中。

因此,该研究能够为无标记细胞捕获的技术方法和多级材料器件的设计合成研究提供新思路。相关论文以“Design of Hierarchical Beads for Efficient Label-Free Cell Capture”为题发表在Small(DOI:10.1002/smll.201902441)上,上海交通大学生物医学工程学院本科生孙诗语、王锐敏、黄议达为共同第一作者,钱昆教授为通讯作者。