通讯作者：丁显廷；宋世平 通讯单位：上海交通大学；中国科学院上海应用物理研究所 外泌体是一种潜在的生物标志物，在癌症相关疾病的早期诊断和预后中发挥着重要作用。然而，直接定量生物液中的外泌体，特别是在即时检测(POCT)中，仍然极具挑战性。 在此，中国科学院上海应用物理研究所宋世平研究员和上海交通大学丁显廷教授开发了一种灵敏的便携式电化学生物传感器结合智能手机定量分析外泌体。采用改进的基于双抗体夹心法的多酶信号扩增检测外泌体。在2小时内，可在5 μL的血清中检测到低至7.23 ng的CD63阳性外泌体。
图1.基于智能手机的电化学生物传感器直接检测血清源外泌体和监测外泌体分泌的方案。 相关工作以“Smartphone-Based Electrochemical Biosensors for Directly Detecting Serum-Derived Exosomes and Monitoring Their Secretion”为题发表在Analytical Chemistry上。
图2.外泌体的表征和抗CD63识别验证。 要点1. 使用丝网印刷碳电极(SPCEs)对血清和细胞培养上清液中的外泌体标记物进行定量分析。SPCEs以低成本和高重现性被广泛应用于制作一次性生物芯片。在我们的设计中，一抗被固定在SPCEs上，通过电极的疏水作用捕获外泌体。然后捕获的外泌体与多种生物素化二抗结合，因为外泌体可以表达许多相同的蛋白质，并且几乎没有空间位阻，然后基于链霉亲和素多辣根过氧化物酶(SA-polyHRP)的信号放大。 要点2. 在5 μL的血清和细胞培养上清液中直接检测到低至7.23 ng的外泌体，而无需进一步的预处理过程。 要点3. 在前列腺疾病患者的血清中，外泌体上的CD63表达较少。CD63阳性的外泌体在人类黑色素瘤细胞中也较少表达。 该生物传感器具有评估CD63表达变化的巨大潜力，为癌症的早期诊断和预后监测提供了新的可能性。此外，该生物传感器还被用于监测药物治疗后的外泌体的分泌，表明该生物传感器可用于癌症相关疾病的药物筛选。
图3. 外泌体定量分析验证了基于智能手机的电化学生物传感器的定量能力。
图4. 电化学检测外泌体验证了直接分析临床患者血清的可行性。
图5. 电化学检测外泌体验证监测外泌体分泌调节顺铂。 链接： https:///10.1021/acs.analchem.1c04910
丁显廷教授，博士生导师。国家优青基。目前担任30个国际SCI期刊审稿人，6个国际SCI期刊的编委会成员，已发表包括Science Advances, Genome Biology, Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Biosensors & Bioelectronics, Nature Communications, PNAS, Nature Protocols, Analytical Chemistry，Clincial and Translational Medicine, Bioinformatics在内的国际期刊论文140余篇，申请国内外发明专利60余项。 生物医学研究中，我们往往需要面对微量生物样本，甚至单细胞尺度上，实现与疾病相关的 1）蛋白质新靶点的发现；2）靶点蛋白相互作用网络的建立；3）超微量靶点蛋白的精准检测。这三个方面是全球普遍的挑战。课题组主要科研方向，面向国防安全和临床应用开发基于痕量生物样本的个体化诊疗技术 ：1．痕量临床样本(单细胞)蛋白检验新原理和新技术；2.痕量临床样本（单细胞）蛋白检验新装置的集成化和微型化；3. 基于痕量临床样本的个体化药物敏感性检测新技术。
宋世平，1969年12月出生，研究生学历，理学博士，研究员，博士生导师。 主要研究方向主要从事生物分析领域的研究工作，包括纳米生物自组装探针的构建、微流控蛋白质芯片的构建、纳米生物探针在生物传感及生物芯片中的应用、生物传感器与生物芯片在现代分子诊断学中的应用等方面。 先后主持和参与国家高技术发展研究计划（863）项目、国家重点基础研究发展计划（973）项目、国家自然科学基金项目、上海市科委项目等。个人主要学术成就在国内外学术刊物上发表论文60余篇，其中多篇发表在AngewChem、JAmChemSoc、AdvMater、Small、ChemCommun、Biosen&Bioelectr、NatProtoc等国际著名杂志上，论文被引1000余次。申请发明专利10余项。获奖情况获2007、2008和2009年中国分析测试协会科学技术奖（CAIA奖）一等奖等荣誉。 |
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