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  離體細(xì)胞治療主要包括細(xì)胞轉(zhuǎn)染和效力測(cè)試。細(xì)胞轉(zhuǎn)染常用技術(shù)依賴于病毒載體，其過(guò)程具有高度隨機(jī)性，通常會(huì)導(dǎo)致炎癥反應(yīng)或細(xì)胞死亡。目前基于qRT-PCR、NGS、流式細(xì)胞術(shù)和基因微陣列芯片對(duì)轉(zhuǎn)染細(xì)胞的效力測(cè)試涉及多個(gè)步驟，包括細(xì)胞培養(yǎng)、核酸提取、核酸擴(kuò)增、熒光標(biāo)記和數(shù)據(jù)分析等，需要幾天時(shí)間完成整個(gè)過(guò)程。為了克服傳統(tǒng)方法的缺陷，迫切需要開(kāi)發(fā)能夠準(zhǔn)確地將治療藥物輸送到單個(gè)活細(xì)胞并即時(shí)分析核酸表達(dá)以評(píng)估細(xì)胞治療的平臺(tái)。

  外泌體是介導(dǎo)細(xì)胞間通訊的微小囊泡，其包含來(lái)自原始細(xì)胞的諸多成分，如 DNA、RNA、脂質(zhì)、代謝物，以及細(xì)胞溶質(zhì)和細(xì)胞表面蛋白等。最近，外泌體信使 RNA (mRNA) 和 小分子RNA (miRNA) 作為疾病和反映原始細(xì)胞狀態(tài)的生物標(biāo)志物亦引起了廣泛關(guān)注。

  在本工作中，華南師范大學(xué)生物光子學(xué)研究院胡家銘研究員、華南理工大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院朱偉教授和北京航空航天大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院常凌乾教授共同設(shè)計(jì)研發(fā)了活細(xì)胞納米轉(zhuǎn)染和外泌體RNA分析一體化納米芯片（圖1），稱為“細(xì)胞納米孔和外泌體評(píng)估裝置（CEAD）”，其能夠在單細(xì)胞水平上實(shí)現(xiàn)精確劑量的藥物遞送和細(xì)胞治療的實(shí)時(shí)評(píng)估，用于細(xì)胞快速轉(zhuǎn)染和重編程、藥物篩選和治療質(zhì)量控制。

圖 1. 活細(xì)胞納米轉(zhuǎn)染和外泌體RNA分析一體化納米芯片原理及示意圖。

  miRNA 失調(diào)是許多癌癥發(fā)病的原因，通過(guò) anti-miRNA 調(diào)節(jié) miRNA 的表達(dá)為癌癥細(xì)胞療法提供機(jī)會(huì)。與對(duì)照組相比，用anti-miR-17轉(zhuǎn)染的Hep3B肝癌細(xì)胞分泌的外泌體中miR-17、BTG3和TGFBR2 mRNA的表達(dá)由“癌癥”轉(zhuǎn)向“正常”（圖2）。隨后，以外泌體中miR-21、miR-155和EGFR mRNA的表達(dá)情況作為A549肺癌細(xì)胞治療評(píng)價(jià)的指標(biāo)，研究了該芯片遞送化學(xué)藥物和基因表達(dá)分析的性能。當(dāng)轉(zhuǎn)染包裹DOX的納米粒進(jìn)入A549 細(xì)胞，miR-21、miR-155 和 EGFR mRNA 的表達(dá)被抑制并降低（圖3）。上述結(jié)果表明，該芯片可以將精確劑量的基因藥物和化療藥物輸送到活細(xì)胞中，并通過(guò)分析外泌體內(nèi)部RNA對(duì)癌癥的治療劑型和劑量進(jìn)行選擇和評(píng)估，且細(xì)胞轉(zhuǎn)染和 RNA 表達(dá)分析在一個(gè)微型芯片上、4小時(shí)內(nèi)完成，而傳統(tǒng)的病毒轉(zhuǎn)染和基因分析檢測(cè)需要幾天才能完成。該芯片還可用來(lái)監(jiān)測(cè)外泌體中 RNA 表達(dá)隨時(shí)間的變化情況，通過(guò)即時(shí)監(jiān)測(cè)，選擇更有效的治療方案（圖4）。

  以上相關(guān)成果以“Living Cell Nanoporation and Exosomal RNA Analysis Platform for Real-Time Assessing Cellular Therapies”為題發(fā)表于《Journal of the American Chemical Society 》上，該論文第一作者為華南師范大學(xué)盛燕博士、張騰化博士和廣東省人民醫(yī)院黃澤娜博士，通訊作者為華南師范大學(xué)生物光子學(xué)研究院胡家銘研究員、華南理工大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院朱偉教授和北京航空航天大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院常凌乾教授。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持。