微/纳流控-生物传感技术用于外泌体的分离分析

Exosome and its inclusions (microRNA, lncRNA, DNA, etc) are currently regarded as a potential biomarker for early diagnosis of cancer following the circulating tumor cell (CTC) and circulating tumor DNA. Moreover, exosome has several advantages compared with CTC and circulating tumor DNA including high abundance, high stability and easy to obtain, thus become a research hotspot in the field of life science recently. However, the study of exosomes is still in its initial stage, and its relationship with cancer is unclear, and the existing research techniques are required to be improved. Herein, we propose a new technique for exosome isolation and analysis by combining micro/nano – fluidics and bio-sensor technology. The project mainly focuses on three parts: first, microfluidic chip with nanostructure is fabricated and the exosomes are separated efficiently by gravity and size effect. Secondly, electrochemical biosensor array is designed and used for the high-throughput and multiplex detection of exosomes and microRNAs. On the basis of the above work, the relationship between cancer cells in various stages and their microRNA expression will be studied. This project will provide new techniques and platform for the study of exosome, which is of great significance for the early diagnosis of cancer and the study of biomarkers.

外泌体及其内含物是继循环肿瘤细胞，循环肿瘤核酸之后又一个潜在的疾病诊断标志物，与另两种物质相比外泌体具有丰度高，性质稳定，易于获取等优势，因此成为近期生命科学领域的一个研究热点。然而，外泌体的研究目前还处于起始阶段，与疾病的关系尚未明确，现有研究技术也有待完善和补充。鉴于此，本项目提出了基于微/纳流控-生物传感技术的外泌体高效分离及其内含物（主要是microRNA）的高通量分析课题。该项目主要围绕三部分内容进行：首先，设计具有纳米结构的微流控芯片，基于重力和尺寸效应将外泌体高效地与基质分离；其次，开发电化学阵列芯片用于外泌体及其内含物（microRNA）的高通量多指标定量分析；在此基础上，通过细胞培养芯片研究肿瘤细胞发育的各阶段与外泌体及其中microRNA表达的关系和规律。本项目的工作成果将会为方兴未艾的外泌体研究提供新的技术平台和科学依据，对癌症早期诊断和肿瘤标志物研究具有重要意义。

外泌体及其内含物是继循环肿瘤细胞，循环肿瘤核酸之后又一个潜在的疾病诊断标志物，与另两种物质相比外泌体具有丰度高，性质稳定，易于获取等优势，因此成为近期生.命科学领域的一个研究热点。然而，外泌体的研究目前还处于起始阶段，与疾病的关系尚.未明确，现有研究技术也有待完善和补充。鉴于此，本项目提出了一系列分离、富集、检测及其应用技术。主要包括基于微流控芯片和细胞外囊泡（EVs）电迁移的富集检测技术；基于EVs磷脂及其膜蛋白，核酸的定量PCR技术；基于微流控芯片的研究细胞衍生外泌体诱导野生型癌细胞耐药并且成功对其耐药性进行逆转的方法；利用电化学生物传感器对体外培养的肿瘤细胞活性进行分析的方法；基于磷脂捕获，适配体识别细胞外囊泡表面PD-L1蛋白，并通过末端脱氧核苷酸转移酶(TdT)放大信号，实现少量样本中选择性富集并检测PD-L1+ EVs的方法；用于外泌体高效载药的微流控芯片，用于抗肝癌药物的包载和递送，并将其成功用于肿瘤体外模型的药敏分析。本项目的工作成果将会为方兴未艾的外泌体研究提供新的技术平台和科学依据，对癌症早期诊断及其治疗和肿瘤标志物研究具有重要意义。