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细胞内活检技术可在活细胞中快速分析microRNA

MicroRNA(miRNA)在不同人类疾病(例如癌症)的研究中受到越来越多的关注,因为miRNA表达的变化通常与异常的细胞功能有关。为了实现对miRNA的快速和高度敏感的分析,香港城市大学(CityU)的研究小组开发了一种新型的细胞内活检技术,该技术可通过使用金刚石纳米针在约10分钟内从活细胞中分离靶向的miRNA。该技术很简单,可以应用于其他方面,从病毒的核酸检测(例如COVID-19)到早期癌症诊断。

该研究由大学生物医学工程系(BME)副教授史鹏博士领导。他们的发现最近发表在科学期刊《科学进展》上,标题为“用于剖析细胞异质性时间动态的microRNA高通量细胞活检”。

准单细胞miRNA分析

MiRNA是涉及基因表达的转录后调控的短非编码RNA片段。它们深刻地调节着不同的生物学过程,例如细胞分化,增殖和存活。

当前,聚合酶链反应(PCR)是用于miRNA分析的最普遍的方法。但是,由于从细胞裂解物中分离,纯化和扩增RNA等过程,它带来了高成本,复杂的过程以及较长的周转时间。同样,传统的PCR只能对数千个细胞进行平均测量,而与细胞之间可能互不相同的事实无关。这个问题对于识别稀有细胞(例如癌症干细胞)尤其重要,这是引起癌症复发和转移的主要因素之一。

作为替代方案,CityU团队开发了一种称为“ inCell活组织检查”的高通量技术,该技术可通过不再需要分离,纯化和扩增RNA的方式大大简化实验操作。因此,处理时间从数小时减少到大约10分钟。

该技术基于团队先前开发的“分子钓鱼”系统。它涉及将一系列金刚石纳米针用作“钓鱼竿”,将P19(一种RNA结合蛋白)用作“钓鱼钩”。P19可以结合长度为19-24个核苷酸的所有可用双链RNA。使用“钓鱼杆”刺穿细胞膜,然后直接拉出被“钓鱼钩”捕获的多个miRNA靶标,同时保持细胞存活。因此,每个纳米针上的“捕捞结果”的后续可视化可实现准单细胞miRNA分析。

“目前,我们可以在每次穿刺中同时抽出9个miRNA靶标;可以通过更多优化进一步扩大靶标的数量。一个纳米针贴片可以清洗并重复使用50次以上,”施博士解释说。城大获得专利的纳米针是由材料科学讲座教授张文俊教授制造的。

在不同时间捕获相同细胞群中miRNA表达的变化

与基于PCR的方法需要裂解细胞样品不同,在纳米级穿刺后细胞仍然存活。因此,研究人员可以多次分析同一细胞,以监测与细胞活性相关的miRNA表达的波动。这意味着研究人员可以通过比较miRNA分析结果来观察细胞如何进化。作为概念验证,研究人员在小鼠胚胎干细胞向运动神经元的分化过程中应用了细胞活检技术。

“从结果中,我们可以获得有关源自干细胞的新兴细胞群百分比的信息。我们还可以分辨出不同细胞群之间的关系。使用现有方法无法进行这种分析。”施博士解释说。

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