国家重大科学研究计划项目“生物医学纳米材料对血细胞作用的研究”工作进展与讨论

生物纳米探针对血液恶性肿瘤细胞的体外作用与检测研究

南京大学 朱俊杰 教授


1. 氮掺杂石墨烯上金纳米粒子的原位组装及其在金属基质蛋白-2超灵敏电化学检测中的应用

基质金属蛋白酶(MMP)是一个大家族,因其需要Ca、Zn等金属离子作为辅助因子而得名,几乎能降解ECM中的各种蛋白成分,破坏肿瘤细胞侵袭的组织学屏障,在肿瘤侵袭转移中起关键性作用,从而在肿瘤浸润转移中的作用日益受到重视,被认为是该过程中主要的蛋白水解酶。其中,MMP-2是一个具有广泛生物学活性的细胞因子, 它的异常表达在多发性骨髓瘤及白血病的发生、发展中起重要作用,因此及早、灵敏检测出白血病人血浆中的白介素 6 的含量具有很重要的临床价值。本工作基于氮掺杂石墨烯/金复合材料作为基底电极,同时利用聚多巴胺-石墨烯的(PD-GO)复合物捕获酶标二抗,结合所用材料的特殊性能,利用多重信号放大,构建了新型的电化学免疫传感器用于超灵敏检测MMP-2。


图1. 免疫传感器的构建


图2.(A)氮掺杂石墨烯,(B)氮掺杂石墨烯/金复合物,(C)石墨烯/金复合物的透射电镜图,(D)氮掺杂石墨烯/金/一抗蛋白复合物的扫描电镜图。


图3.(A)GO (a) 和PD-GO (b) 的照片,(B)PD-GO的原子力显微镜图,(C)PD-GO的透射电镜图,(D)GO (a) 和PD-GO (b) 的红外谱图,(E)GO (a),PD-GO (b) 和PD-GO/酶标二抗蛋白 (c) 的紫外可见吸收图。


图4. 电化学检测金属基质蛋白-2 (A)示差脉冲伏安法(B)电流-抗原浓度的线性关系0.0005-50ng/mL的线性范围,检测限为0.11pg/mL.

2. 基于适配体-DNA串联体-量子点探针构建超三明治细胞传感器应用于癌细胞的超灵敏检测

设计了一种采用适配体-DNA串联体-量子点纳米材料为信号放大探针的超三明治细胞传感策略用于癌细胞的超灵敏和选择性测定(如图1所示)。首先利用多巴胺的自身氧化聚合反应,我们在羧基化的多壁碳纳米管(CNTs-COOH)表面原位包覆了一层聚多巴胺薄膜(PDA),随后在膜表面原位合成了金纳米粒子形成了MWCNTs@PDA@AuNPs纳米材料,构建了新型的具有三维结构的细胞传感界面。该界面具有高度的亲水性、良好的生物相容性和稳定性,能有效地促进伴刀豆球蛋白A(ConA)的固定,并使固定的ConA 具有高度的稳定性和生物活性。由于ConA 对细胞表面甘露糖基的特异性识别作用,构建的传感界面显现出卓越的捕获细胞的能力。同时,利用DNA具有的碱基配对性质可在单链间相互杂交从而设计了一条适配体-DNA串联体-量子点探针。该探针不仅具有适配体的特异识别功能,还具有信号放大的功能。以CCRF-CEM作为模式细胞,采用电化学和荧光的方法对细胞的浓度进行定量检测,其灵敏度低至50 cells mL-1。这一策略为癌细胞灵敏测定提供了新的途径,进一步为癌症的诊断和治疗提供了帮助。


图1.(A)适配体-DNA串联体-量子点探针的制备过程,(B)MWCNTs@PDA@AuNPs纳米材料的制备过程,(C)超三明治细胞传感器的构建过程。


图2.(A)溶出伏安法对不同浓度的CCRF-CEM细胞进行检测:0, 102, 103, 104, 105 和106 cells mL-1 (从左到右),(B)荧光法对不同浓度的CCRF-CEM细胞进行检测:0, 102, 103, 104, 105 和106 cells mL-1 (从左到右),(C)传统三明治法和超三明治法对检测106 cells mL-1的CCRF-CEM细胞的溶出伏安信号对比图,(D)采用量子点-适配体作为探针的溶出峰电流与细胞个数的线性关系图。


图3.采用量子点-适配体(A)和适配体-DNA串联体-量子点作为探针时对CCRF-CEM细胞进行染色的共聚焦对比图。

参考文献

  1. Guohai Yang, Lingling Li, Rohit Kumar Rana, and Zhu, Jun-Jie, Carbon, 2013, http://dx.doi.org/10.1016/j.carbon.2013.05.016
  2. Hongying liu, Shouming Xu, Zhimei He, Anping Deng, and Junjie Zhu, Anal. Chem., 2013, 85, 3385-3392.