一个单细胞取样及小RNA检测的集成式单细胞电化学检测器件

细胞是生命结构和功能的基本单位，基于细胞的研究是生命研究的基础。为了揭示生命活动的规律，人们在不断的探索细胞的生长与分化、代谢与繁殖、运动与通讯、衰老与凋亡、遗传与进化等生命过程中的化学本质和规律。但是，由于细胞自身特性和研究手段的限制，当下生命科学研究通常以大量细胞为研究样本，然而基于大量细胞的实验结果难以反映单细胞水平上的生命活动规律。因此，单细胞研究将能在更深层次上揭示生命活动的本质和规律，为探究重大疾病的起因、发展和治疗提供更可靠的科学依据。超微电极是指一维尺寸为微米至纳米级的一类电极。超微电极技术是满足单细胞分析的一个理想手段，它可以置于细胞的周围，也可以插入细胞内部，在基本不损伤细胞且不影响其生理功能的情况下实时定量的检测单个细胞内的特定物质及其变化。

近日，南京大学化学化工学院徐静娟教授团队采用尖端直径为150nm的硅酸盐毛细管，构建了一个单细胞小RNA取样及检测的集成式单细胞电化学检测器件。该工作将双特异性核酸酶-辅助催化发夹组装与离子整流技术相结合，在对细胞几乎没有损伤的情况下，实现了对单个细胞内小RNA的取样及检测。该工作以miR-10b为目标分析物，选取正常的乳腺细胞MCF-10A作为对照组、转移性乳腺癌细胞MDA-MB-231以及非转移性乳腺癌细胞MCF-7作为实验组，研究了三种细胞中miR-10b表达水平的差异。结果发现，相比于正常细胞，转移性细胞MDA-MB-231中miR-10b的含量较高。实验利用不同抗癌药物分别对三种细胞进行诱导，评估了药物对细胞内miR-10b的影响。结果发现，抗癌药物引起细胞凋亡的同时，也降低了miR-10b的表达水平。由于纳米尺寸的毛细管对细胞的损伤微乎其微，保证了在利用纳米管对单细胞进行取样检测的过程中，细胞能够处于正常的生理环境，分析后细胞也能正常存活。该工作实现了药物诱导后对单个MDA-MB-231细胞进行追踪检测，探究了在一定时间内，药物诱导引起单个细胞内小RNA的变化。

图（a）纳米针内小RNA引发信号放大示意图；（b）所采用的纳米毛细管SEM图；（c）纳米毛细管扎入单细胞取样显微图像。

该工作近日以“An Integrated Electrochemical Nanodevice for Intracellular RNA Collection and Detection in Single Living Cell”为题在线发表于Angewandte Chemie International Edition（DOI: 10.1002/anie.202014798）。南京大学化学化工学院博士生王海燕为论文第一作者，赵伟伟副教授和徐静娟教授为论文通讯作者，南京大学是论文标注的完成单位。该项目得到了陈洪渊院士的指导和国家自然科学基金的资助。（文/南京大学）