Small:一种可定量单细胞内氨基酸的电化学纳米工具

文章简介

单细胞分析可以在基础研究和生物医学应用中提供有关细胞内微环境和重要化学物种的宝贵信息。在各种的纳米器件中,电化学代表着一种较先进的单细胞测量技术且能够以较小的侵入性维持细胞内容物。许多金属化或碳化的纳米器件被开发用于测量细胞内活性氧、活性氮、葡萄糖、酶等物质。氨基酸是细胞内蛋白质的基本组分,具有重要的生理功能,然而目前没有基于电化学的方法检测单个活细胞内的氨基酸。该问题的瓶颈在于难以以选择性方式同时识别氨基酸并进行电化学信号转导。

在该背景下,以L-组氨酸为例,南京大学赵伟伟徐静娟课题组开发了一种电化学纳米工具来解决这个问题。该工具整合了易于获得的纳米毛细管和商业化的DNA酶,经性能筛选后,能够用于检测细胞内的L-组氨酸。L-组氨酸引起的DNA酶裂解能够被离子电流整流(ICR)现象反映,该现象是纳米毛细管的固有现象,受纳米毛细管内壁带电荷控制。基于此,他们还利用该电化学方法研究了细胞质中L-组氨酸的区域分布,并进一步展示了不同时长的药物处理效果。本工作揭示了电化学测量单个活细胞内氨基酸的可能性,最终有助于人们更好地理解活细胞中涉及氨基酸的相关事件。

图文导读

图1. 纳米工具制备及其L-组氨酸介导的DNA酶裂解过程示意图;镀金的纳米毛细管扫描电镜图片;纳米工具制备和传感前后的整流变化情况;纳米工具的选择性和筛选过程。
图2. 纳米工具的制备、传感过程实验参数的优化以及在优化条件下的工作曲线。
图3. 电化学单测量单细胞内不同位置的L-组氨酸示意图以及不同细胞中L-组氨酸分布。
图4. 对细胞进行药物处理,L-组氨酸在细胞不同位置的分布比较;以及不同药物处理时间细胞内L-组氨酸在核周区域的分布比较。

南京大学赵伟伟、徐静娟教授为论文的共同通讯作者。 上述研究得到了国家重点研发计划(2016YFA0201200)、国家自然科学基金(21974059、22034003)和南京大学杰出研究项目(ZYJH004)的支持。

论文信息:

A Practical Electrochemical Nanotool for Facile Quantification of Amino Acids in Single Cell

Yi-Tong Xu, Yi-Fan Ruan, Hai-Yan Wang, Si-Yuan Yu, Xiao-Dong Yu, Wei-Wei Zhao,* Hong-Yuan Chen, Jing-Juan Xu*

Small

10.1002/smll.202100503

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202100503