癌癥診斷和預(yù)后的新技術(shù)將推動(dòng)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的實(shí)踐。液體活組織檢查被認(rèn)為是這樣一項(xiàng)技術(shù)，因?yàn)樗鼈兪俏?chuàng)的，而且經(jīng)?？梢酝ㄟ^簡單的抽血進(jìn)行。這些測試旨在檢測腫瘤定期進(jìn)入血液的生物標(biāo)記物，如游離DNA(cfDNA)、循環(huán)腫瘤細(xì)胞(CTCs)或包括外泌體在內(nèi)的細(xì)胞外小泡(EVs)。盡管在生物標(biāo)記物中CTCs可以獲得最多的信息，但是這些細(xì)胞在表型上是非常罕見和異質(zhì)性的，這使得臨床上有意義的檢測和分析變得十分困難。相比之下，cfDNA由于其含量豐富，在血液中相對容易被檢測到，然而，它不能提供關(guān)于基因表達(dá)變化的動(dòng)態(tài)信息。外泌體在大小、豐度和潛在的診斷信息方面位于這兩個(gè)更具探索性的生物標(biāo)記物之間，代表了在血液中發(fā)現(xiàn)的一類新興的癌癥生物標(biāo)記物。這些納米尺度的囊泡含有包裝在膜中的功能性mRNA，膜上帶有與它們起源的細(xì)胞相同的特征表面標(biāo)記。此外，現(xiàn)有的文獻(xiàn)已經(jīng)將外泌體的組成和釋放率與惡性腫瘤和轉(zhuǎn)移聯(lián)系起來，表明這些囊泡作為預(yù)后生物標(biāo)志物的巨大潛力。

目前從血液中分離外泌體的金標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)是超速離心，這是一種緩慢、難于使用且非特異性的技術(shù)。其他商業(yè)上可用的方法包括沉淀和基于尺寸的過濾技術(shù)，如ExoQuick和Exospin。然而，這些方法中的每一種都缺乏對腫瘤來源的外泌體的特異性。相反，基于免疫親和力的方法除了具有高靈敏度和更好的樣本保存性外，還可以提供這種選擇性。免疫親和技術(shù)使用外泌體或癌癥靶向抗體，通常位于磁珠的表面或進(jìn)入微流控通道。然而，這些基于免疫親和力的方法完全依賴捕獲抗體的結(jié)合親和力，由于其靈敏度和特異性不足，尚未產(chǎn)生重大的臨床影響。作者通過多價(jià)免疫識(shí)別介導(dǎo)結(jié)合親和力的納米結(jié)構(gòu)聚合物表面可以顯著提高外泌體免疫親和裝置的靈敏度和特異性。作者之前報(bào)道的CTCs液體活組織檢查裝置部分是基于涂覆了聚酰胺胺(PAMAM)樹枝狀大分子的表面，這種樹枝狀大分子有效地介導(dǎo)了多價(jià)結(jié)合效應(yīng)，從而提高了CTCs的捕獲效率。這些靈活的、超支化的納米顆粒以兩種方式促進(jìn)多價(jià)捕獲：高密度的官能團(tuán)允許多個(gè)抗體附著到每個(gè)~9 nm樹枝狀大分子上；以及結(jié)構(gòu)足夠變形，以適應(yīng)結(jié)合結(jié)構(gòu)域的重定向。然而，外泌體的直徑是CTCs的1/100。較小的尺寸需要開發(fā)一種新的捕獲表面，以實(shí)現(xiàn)這種納米尺度下基于多價(jià)結(jié)合的捕獲。

5月14日，Nano Letters在線發(fā)表了來自威斯康辛大學(xué)麥迪遜分校的Seungpyo Hong團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的一種外泌體捕獲表面包含三層聚合物，旨在最大限度地減少非特異性結(jié)合，同時(shí)提供多價(jià)性和高度的抗體定位靈活性。首先，用部分羧化的第7代PAMAM樹枝狀大分子涂覆環(huán)氧官能化玻璃片。然后，將聚乙二醇(PEG)的混合物偶聯(lián)到樹枝狀大分子和任何剩余的環(huán)氧化物基團(tuán)上。聚乙二醇混合物由分子量為5 kDa和20 kDa的異雙功能聚乙二醇(PEG)與另一層樹枝狀大分子偶聯(lián)，并且用2 kDa的甲氧基-聚乙二醇(MPEG)阻斷非特異性吸附。最后，將第二層羧化的PAMAM樹枝狀大分子覆蓋在系繩上，形成兩層樹枝狀大分子表面。下圖展示了a、單獨(dú)的PEG系鏈；b、作者之前捕獲CTCs(單層樹狀分子)的表面和；c、這里描述的雙層樹狀分子表面。

結(jié)果顯示，納米結(jié)構(gòu)的雙層樹枝狀大分子的表面構(gòu)型通過多價(jià)結(jié)合效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了對外泌體顯著增強(qiáng)的捕獲。與作者之前的CTCs捕獲表面相比，這項(xiàng)研究表明，第二層樹枝狀大分子在納米尺度上顯著提高了結(jié)合親和力，使其能夠高效地從細(xì)胞培養(yǎng)液和HNSCC患者的血液樣本中捕獲腫瘤外泌體，作者還通過使用原子力顯微鏡(AFM)定量測量了這種結(jié)合力。雖然這種捕獲表面還需要進(jìn)一步的開發(fā)和優(yōu)化才能在臨床上使用，但結(jié)果表明，樹枝狀大分子表面通過利用強(qiáng)大的結(jié)合親和力，可以極大地提高對血漿中外泌體和其他納米級生物標(biāo)志物的檢測。液體活檢生物標(biāo)志物的成功開發(fā)最終將為實(shí)現(xiàn)精確醫(yī)學(xué)做出貢獻(xiàn)。

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