由DNA编程的UCNP-AuNP纳米卫星组装体产生的多元素信号用于ICP-MS超灵敏检测外泌体蛋白和癌症鉴定

外泌体是细胞外囊泡，能够被多种细胞分泌且稳定存在于各种体液中（血液、唾液、尿液和乳汁）。外泌体携带大量来源于母细胞的分子信息（核酸、蛋白质和脂质），因而被认为是理想的液体活检目标物。但是，目前的外泌体检测方法（NTA、ELISA和WB等）耗时、灵敏度低、操作繁琐，而且不能对癌症类型进行鉴定。基于阵列的方法虽然能够对癌症进行分类，但传统的单信号检测模式用于多目标检测时，面临操作繁琐、浪费样品以及不适用于复杂基质等问题，限制了其应用范围。电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）作为最灵敏的元素检测技术，可以同时高通量分析多种元素，具有灵敏度高、选择性好、抗干扰能力强、分析速度快等优点。因此，基于ICP-MS开发新型方法用于外泌体检测和癌症诊断将具有重要意义。

纳米卫星组装体用于ICP-MS检测外泌体和癌症鉴定的原理示意图

近期，东北大学陈帅副教授（点击查看介绍）和于永亮教授（点击查看介绍）构建了用于信号转导的DNA编程UCNP-AuNP纳米卫星组装体，实现了ICP-MS同时检测外泌体表面的多种蛋白以及癌症鉴定。在该工作中，三种核酸适配体连接金纳米颗粒（AuNPs）作为纳米卫星的核，适配体互补链连接三种不同元素（Y、Eu、Tb）掺杂的上转换纳米颗粒（UCNPs）作为卫星，通过碱基互补配对形成三种纳米卫星组装体。当外泌体与这些纳米卫星组装体孵育时，适配体识别外泌体上特定的蛋白质，释放相应的UCNPs。随后，ICP-MS可以同时检测UCNPs的元素信号（Y/Eu/Tb），建立不同浓度目标物与ICP-MS信号强度的线性关系，实现多目标蛋白的同时分析。由于不同类型外泌体所携带膜蛋白的种类和数量不同，适配体识别外泌体后释放的UCNPs存在很大的元素信号指纹图差异，利用线性判别分析（LDA）可区分外泌体类型以及癌症诊断。这种方法能够在40分钟内同时检测出三种外泌体蛋白，外泌体的检出限为4.7×10³颗粒/mL。通过线性判别分析（LDA）可以100％准确区分来自7种不同细胞系的外泌体。此外，这种分析策略已成功用于检测临床样品中的外泌体，可区分胃癌患者与健康个体。

这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者是东北大学的博士研究生张学伟。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Integral Multielement Signals by DNA-Programmed UCNP–AuNP Nanosatellite Assemblies for Ultrasensitive ICP–MS Detection of Exosomal Proteins and Cancer Identification

Xue-Wei Zhang, Meng-Xian Liu, Meng-Qi He, Shuai Chen*, Yong-Liang Yu*, and Jian-Hua Wang

Anal. Chem., 2021, 93, 6437–6445, DOI: 10.1021/acs.analchem.1c00152

导师介绍

陈帅

https://www.x-mol.com/university/faculty/253041 

于永亮

https://www.x-mol.com/university/faculty/19249