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Biosens Bioelectron：一種進行外泌體miRNA等溫擴增和檢測的便攜式系統(tǒng)




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間充質干細胞、免疫細胞、外泌體源頭實驗室




外泌體miRNA在細胞間通訊中發(fā)揮關鍵作用，調節(jié)靶細胞中的基因表達，并可作為疾病診斷生物標志物。來自愛荷華州立大學的研究團隊開發(fā)了一種用于快速分析外泌體miRNA的芯片上的外泌體miRNA擴增和檢測系統(tǒng)。該研究發(fā)表于Biosensors & Bioelectronics雜志上。




Biosens Bioelectron：一種進行外泌體miRNA等溫擴增和檢測的便攜式系統(tǒng)


短鏈非編碼RNA，即miRNA，通過轉錄后調控參與許多基本的細胞過程。最近的研究表明，異常的miRNA表達水平與癌癥等許多疾病進展密切相關。已經表明，miRNA在一些腫瘤相關細胞行為中起作用。此外，由于miRNAs是細胞類型特異性的，因此miRNAs特征可用于識別它們的親本細胞。因此，在體液中循環(huán)的miRNA已成為液體活檢的有希望的生物標志物。人們對用于臨床診斷的miRNA分析檢測的開發(fā)產生了巨大的興趣。與循環(huán) miRNA不同，外泌體miRNA在外泌體或細胞外囊泡（EV）內進行分類和運輸，外泌體是從大多數(shù)細胞類型釋放到細胞外體液中的直徑為 30-150nm 的顆粒。最近在EV中發(fā)現(xiàn)了各種外泌體核酸，包括mRNA、miRNA 和其他非編碼 RNA。外泌體miRNA在細胞間通訊中起關鍵作用，裝載在EV中的外泌體miRNA高度穩(wěn)定，因此被認為是檢測和監(jiān)測疾病的更可靠的生物標志物。?


基于miRNA的生物標志物的應用不斷增加，因此需要更快速、靈敏、特異和低成本的 miRNA檢測技術。然而，由于miRNA的序列短、miRNA家族內的序列相似性高以及在親代細胞中的濃度范圍大，對miRNA靶點的快速分析仍然具有挑戰(zhàn)性。傳統(tǒng)的定量PCR（qPCR）不適用于直接檢測miRNA，因為短序列的PCR引物容易產生引物二聚體，擴增缺乏特異性。為了解決這個問題，人們開發(fā)了改進的qPCR方法，例如莖環(huán)逆轉錄 (RT)-PCR 和 RNA的聚腺苷酸化。一些基于雜交的傳感器，如電化學、光學和晶體管傳感器，也已被證明可用于miRNA檢測而無需擴增。另一方面，miRNA分析技術，包括miRNA測序和微陣列技術，已被用于多重miRNA分析。最近，等溫擴增已成為快速檢測miRNA的有效方法。等溫擴增方法包括滾環(huán)擴增、指數(shù)擴增反應（EXPAR）、催化發(fā)夾組裝、環(huán)介導等溫擴增、鏈置換擴增和雜交鏈反應。等溫擴增具有檢測方案簡單、檢測時間短、多重 miRNA目標的高度靈活性等吸引人的特點，這些都是開發(fā)即時(POC) miRNA傳感技術所非常需要的。


在這項工作中，研究人員提出了一種用于快速富集EV和檢測外泌體miRNA的POC傳感器系統(tǒng)，如示意圖所示。這個緊湊型系統(tǒng)由兩個連接的流動池組成，分別用于處理外泌體和檢測miRNA。在芯片上通過指數(shù)擴增反應 (EXPAR) 測定法定量測量從外泌體中提取的 miRNA。傳感器芯片旨在為EXPAR存儲多個寡核苷酸模板、混合樣品和試劑，并同時分析多個感興趣的外泌體 miRNA。為了幫助miRNA分析，在IoT平臺上構建了便攜式檢測儀器，使用低成本微控制器來執(zhí)行EXPAR檢測、收集熒光圖像和分析擴增曲線。通過這個系統(tǒng)，研究人員研究了來自組織巨噬細胞的三種不同表型的外泌體攜帶的miRNA 譜，能夠在不到一個半小時內分析外泌體miRNA。這種經濟實惠、快速檢測、多重分析以及一次性傳感器芯片，將促進外泌體miRNA的即時液體活檢的發(fā)展。


參考文獻：?Aportable system for isothermal amplification and detection of exosomal microRNAs. Biosens Bioelectron.


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