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JACS封面:乳腺癌干性表型的电化学分析

乳腺癌是世界范围内女性最常见的恶性疾病之一,是全球女性癌症相关死亡的最主要原因之一。2003年,Al Hajj等人首次从乳腺肿瘤中鉴定并分离出了乳腺癌干细胞CD44+CD24-/low并证明其具有增殖和再分化形成新肿瘤的能力。乳腺癌干细胞(BCSC)是实体瘤中发现的第一种肿瘤干细胞,与乳腺癌的转移与远端复发密切相关。针对乳腺癌干性表型鉴定的实际需求,近日,上海大学/南京大学李根喜教授、赵婧教授团队报道了一种电化学表型分型方法用以表征乳腺肿瘤中存在的干细胞样亚群,为传统的流式细胞术提供了一种操作简单、成本经济且稳定的选择。这项工作在Journal of the American Chemical Society 发表,并且被选为封面论文。


在传统的细胞分析和分选研究中,流式细胞术(FCM)具有不可替代的地位。FCM是一种依赖于荧光标记抗体来定义单个细胞异质性特征的技术。通过荧光团标记,FCM可以对特定的亚群进行多参数分析,但通常也会带来高背景信号和光谱重叠的困扰。同时,FCM依赖操作者的经验,并需要通过在探测器上的补偿和“门控”来纠正信号溢出和细胞亚群的分布区域划分。因此,本文作者报道了一种简单、经济、高效的替代方法——电化学表型方法,提供了促进乳腺肿瘤表型特征分辨的新技术。

图1. 基于原位PDC的表型方法。图片来源:J. Am. Chem. Soc.


本文作者设计了一种基于原位可编程回路(PDC)的电化学方法确定干细胞样表型的新思路(图1)。CD44阳性(CD44+)乳腺癌细胞首先富集在CD44抗体功能化磁珠(MB-CD44)表面。随后,细胞表面发生的原位PDC可以有效降低CD24阳性(CD24+)干扰细胞带来的背景信号。原位PDC反应中,乳腺癌细胞表面过量表达的生物标志物——核仁素(NCL)与CD24共同作为膜表面的锚定位点,而两种捕获探针(A1A@Anti-CD24和B1B@Anti-NCL)和两类效应探针(T和F)用于协同促发原位PDC。具体而言,T通过与A1A@Anti-CD24和B1B@Anti-NCL依次反应,生成并释放A1B1T;F与释放的A1B1T反应,促进A1T的再生,加速消除细胞表面的背景信号。原位PDC后,CD24+细胞表面的信号链B1 (CuNPs-B1)被去除。然而,当细胞表面不存在CD24时,PDC不会发生,信号链CuNPs-B1会保留在细胞表面。因此,作者提出了一种“always-ON”的电化学表型方法,可以通过使用电化学技术检测膜表面的伏安信号,选择性鉴别乳腺肿瘤的干细胞样表型。

图2. eBCSC表型的电化学特性研究。图片来源:J. Am. Chem. Soc.


作者利用电化学方法表征了乳腺癌中的干细胞样表型(图2)。当捕获探针结合在细胞表面后,eBCSCs可以获得高DPV电流信号,即使在两种效应探针都存在时,高电流信号依旧保持稳定。然而,在原位PDC后,MCF-7细胞获得的DPV电流明显降低。电化学表型方法表现出相当的准确性和可靠性,可以在较宽的线性范围内准确识别目标细胞,且在混合细胞样本中表现出与FCM相媲美的精准性。

图3. 荷瘤小鼠干细胞样表型的研究。图片来源:J. Am. Chem. Soc.


最后,作者将该方法用于鉴定具有干性表型的三阴性乳腺癌细胞MDA-MB-231,并依此研究了药物对干性表型的逆转作用(图3)。在MDA-MB-231异种移植瘤小鼠模型中,该电化学表型分析方法再次证明了其对干性细胞亚群识别的准确性和灵敏性,其电化学响应与正常组织形成明显对照且与FCM分析结果相一致。因此,基于原位PDC的电化学表型方法为乳腺肿瘤中占比稀少的干细胞亚群精确鉴别提供了新的分析思路和技术支持。


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):

In Situ Programmable DNA Circuit-Promoted Electrochemical Characterization of Stemlike Phenotype in Breast Cancer

Ya Cao, Xiaomeng Yu, Bing Han, Langjian Dong, Jingjing Xu, Yuhao Dai, Genxi Li*, Jing Zhao*

J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c06436


导师介绍

李根喜

https://www.x-mol.com/groups/genxililab 


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