来宝网 2024/12/30点击68次
近日，上海科技大学与中科院上海微系统与信息技术研究所科研团队创新性地构建了 Tetramer-HCR-EvaGreen (THE) 荧光放大系统，该系统结合液滴高通量分选策略，显著提升了细胞分选的效率，并降低细胞损伤。该成果发表在知名刊物《Microsystems & Nanoengineering》上。
近年来，荧光激活细胞分选（FACS）技术的应用极大地推动了单细胞分析的发展。然而，该技术依赖昂贵的抗体标记，且分选后细胞活性存在较大损失，限制了其在生物学研究中的广泛应用。
与此同时，DNA 纳米结构凭借其独特的结构刚性、优异的生物相容性及纳米级别的可控性，为核酸探针的特异性锚定及信号放大提供了全新策略。这些技术已广泛应用于生物成像、生物传感、生物计算和药物递送等前沿领域。
基于以上技术优势，上海科技大学与中科院上海微系统与信息技术研究所科研团队创新性地将 THE 信号放大系统与 FADS 技术相结合，构建了一个超灵敏荧光单细胞分选平台（见图 1）。在该平台中，适配体-DNA 纳米结构（Apt-TDNs）结合 MCF-7 细胞膜上的上皮细胞黏附因子（EpCAM），其余顶点延伸的 DNA 链用于激活催化链式反应（HCR），从而触发荧光信号的放大。引入 EvaGreen 染料后，荧光信号进一步增强。最终，通过 CytoSpark® 微流控高通量筛选系统，实现了 MCF-7 细胞的高效和无损伤分选。在 PBS 和模拟血清样本中，针对 MCF-7 细胞的分选效率分别为 55.5% 和 50.3%，纯度分别可达 91% 和 85%。
图1 超灵敏荧光单细胞分选平台构建原理
THE-FADS 的构建基于 THE-FADS 微流控芯片（图 2），通过设定分选阈值线区分阳性和阴性液滴。阳性液滴通过识别其较高的 PMT 电压信号被精准检测，并在施加外部电压后实现高效分选。实验表明，分选后的绝大多数液滴中成功包裹了 MCF-7 细胞。
图 2 THE-FADS 的构建与分选原理
细胞共聚焦实验（图 3）进一步验证了 THE-FADS 系统的信号放大效应。结果显示，MCF-7 细胞中 HCR-Eva 组的荧光信号强度显著高于 HCR 组，并达到对照组的 30 倍以上。这不仅证实了 THE-FADS 的超灵敏信号放大能力，还展现了其在 EpCAM 高表达的 MCF-7 细胞中的高度特异性，而在 EpCAM 不表达的 HeLa 细胞中则无荧光信号。此外，分选后的细胞存活率均超过 95%，进一步证明了该系统在分选过程中对细胞的良好保护作用。
图 3 超灵敏荧光分选平台的特异性评估
在模拟血清样品的实验中，分选得到的 MCF-7 细胞在两天培养后均能正常增殖（图 4），且其 CK19、EGFR 等基因的表达水平与未分选组无显著差异。这表明，THE-FADS 系统对细胞的损伤极小，为后续高通量单细胞测序提供了稳定可靠的样本。
图 4 超灵敏荧光分选平台的细胞增殖与基因表达评估
综上所述，THE-FADS 超灵敏单细胞分选平台不仅展现了其在高通量单细胞分选中的优异性能，还为生物医学研究、个性化医疗以及细胞异质性研究提供了重要工具。
