30分钟解析癌细胞基因突变！北航常凌乾教授课题组研发新型单细胞纳米生物芯片

SLCA 平台（图1）由用于细胞基因检测的多米诺探针和用于向细胞内递送探针并为细胞提供地址的微孔阵列芯片组成。多米诺探针是通过将成对的“发卡”形状的DNA序列，利用碱基互补配对原则组装形成紧密的DNA长链。在有突变的基因存在下，多米诺探针能够与突变的基因结合，并触发探针上的一个“发卡”DNA链发生置换反应，同时使一个荧光素发出荧光，这就像是推倒了多米诺骨牌的第一块牌。随后，被置换下来的DNA链又继续置换多米诺探针上的下一个相邻的“发卡”DNA链，最终将整个多米诺探针上的DNA链置换下来，探针上的荧光素都发出荧光。因为每个“发卡”DNA链距离很近，整个反应就像多米诺骨牌一样，一旦推倒其中一块牌，其相邻的牌就会逐个倒下。因此，作者将这种探针命名为“多米诺”探针。与传统的探针相比，这种探针的反应速度加快了4倍，荧光信号增强了10倍。

为了能高效地将这种多米诺探针递送至细胞内，常凌乾课题组设计了纳米孔芯片技术，对细胞施加聚集后的电场，使细胞膜上的磷脂双分子层发生重排形成通道。同时，多米诺探针在电场的作用下发生电泳动，经由纳米孔与细胞膜上的通道进入至细胞内，并与细胞内的突变基因结合，触发“多米诺”反应。通过检测细胞的荧光，即可判断细胞是否发生了突变（图2）。

此外，针对每个细胞基因和行为都不同的特性，这种芯片赋予了每个细胞可寻址的能力。每个位于孔中细胞都具有一个特定的地址，如此，即使芯片被移动了位置，还能根据特定的地址找到细胞（图3）。

作者利用该平台研究了肺癌患者临床样品中单个活细胞的基因突变，揭示了EGFR突变（21外显子L858R和19外显子E746-A750缺失突变）与相应的靶向药物耐受性之间存在明显的正相关性（图4）。该研究工作中提出的纳米平台实现了原位的细胞培养，细胞内基因探测以及以时空可控的方式研究细胞行为，在探究单细胞异质性的研究中具有较大的应用前景，并有助于进一步明确个性化药物治疗方案。

图4. 原代肿瘤细胞样品中EGFR RNA突变检测和耐药性分析。（a）采用SLCA纳米平台检测患者L1原代肿瘤细胞中EGFR L858R突变RNA的荧光图像。比例尺：100 μm。（b）和（c）采用SLCA纳米平台从具有EGFR L858R突变（b）或19外显子缺失突变（c）的原代肿瘤细胞样品中检测到的突变细胞阳性率。（d）和（e）分别对EGFR L858R突变（d）或19外显子缺失突变（e）的原代肿瘤细胞样品进行单细胞基因分析的qPCR结果。（f）和（g）EGFR突变靶向药物厄洛替尼和吉非替尼对EGFR L858R突变（f）或19外显子缺失突变（g）的原代肿瘤细胞的抑制作用。

为不断探索的北航人

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