小分子内质网核苷酸（下简称miRNA）近些年在关于疾病或其别人类癌症的研究中越来越受关注，其抒发的变化与异常的细胞功能有着密切的关系。台湾城市学院（台湾城大）一支研究团队近来开发了一种运用金钢石*纳米针的新型细胞内造影技术，就能对miRNA进行快速和灵敏度高的骁龙量测量。该技术只需要约10分钟，就可以从活细胞中分离出目标miRNA，操作简单兼可应用于其他方面，包括用在COVID-19等病毒的核苷酸检查，以及初期乳癌筛查。
*金钢石是打磨成砖石之前的毛料，有天然金钢石和人造金钢石两种；人造金钢石一般作工业或其他科技应用。
有关研究由台湾城大生物医学工程学系副院长史鹏博士领导。研究结果刚在科学刊物《科学进展》（）上发表，题为〈High-offortheof〉。
近乎单细胞的miRNA剖析
miRNA是短链非编码RNA的片断，负责基因抒发的转录后调控，精密地调控细胞分化、增殖和存活等不同的生物过程。
聚合酶链反应（chain,PCR）是目前最普遍的miRNA剖析方式，并且成本高且过程复杂，牵扯从细胞裂解物中分离、纯化和扩增RNA等过程，因此处理费时吃力。据悉，单细胞个体之间存在一定的差别，但传统的PCR方式只能对数以万计细胞的miRNA平均水平进行检测。而区别细胞个体的差别对于辨识和测量稀有细胞，比如肿瘤干细胞（导致疾病恶变和转移的主要诱因之一）细胞膜图片，尤其重要。
针对那些不足之处，台湾城大研究团队成功开发了一种命名为"-"的骁龙量细胞内造影技术，作为miRNA检查的取代方式。该技术无需进行分离、纯化和扩增RNA的过程，实验操作大为简化。为此，所需的处理时间从数小时急剧削减至只需要约10分钟。
该技术以团队早前开发的"分子钓鱼"（“”）系统为基础，将金钢石纳米针用作"渔具"，并加上会与RNA结合的蛋白质P19，用作"鱼漂"。P19可以与所有宽度为19至24个碱基的双链RNA结合。操作的时侯"渔具"会缠住细胞膜，之后直接拉出由"鱼漂"捕获（即与P19结合了）的多个目标miRNA，而被刺伤的细胞一直存活。随即研究人员会剖析数以万计的金钢石纳米针上的"渔获"，因而对数千被同时造影的细胞实现近乎是单细胞的miRNA剖析。
-技术以金钢石纳米针为「鱼竿」，并加上会与RNA结合的蛋白质P19为「鱼钩」。纳米针会缠住细胞膜，之后直接拉出由「鱼钩」捕获的多个目标miRNA，而被刺伤的细胞一直存活。（视频来源：DOI:10.1126/.）
史博士解释说："目前每次纳米针的穿刺我们可以同时测量9个目标miRNA，这个数目可以通过改良以进一步提升。并且，每一片包含金钢石纳米针的生物芯片都可以清洗，并重复使用起码50次以上。"金钢石纳米针由材料科学讲堂院长张文军院士研发，并已由台湾城大取得专利。
图解细胞内miRNA造影技术。金钢石纳米针被用作「鱼竿」，而会与RNA结合的蛋白质P19则被用作「鱼钩」，由活细胞中拉出多个目标miRNA。（图片来源：DOI:10.1126/.）
捕捉同一细胞群在不同时间miRNA抒发的变化
有别于以PCR为基础的测量方式须要裂解细胞样本（即细胞早已死亡）来获取RNA，采用团队开发的细胞内造影技术，细胞被纳米针刺伤后一直健康。为此，研究人员可以多次剖析同一细胞群，以检测与细胞功能相关的miRNA变化。这意味着研究人员可以通过比较miRNA的测量结果，观察到细胞的功能和状态怎样演变。为了验证这个概念，研究人员在大鼠胚胎干细胞分化成运动神经元的过程中，应用了她们开发的细胞内造影技术。
此扫描电子显微镜图象显示金钢石纳米针刺伤了细胞膜。（图片来源：DOI:10.1126/.）
"从实验结果中，我们可以晓得有多少比率的干细胞已分化成运动神经元或则其他细胞类型，还可以晓得不同细胞群体之间的演变关系。这种剖析是目前其他测量方式所难以做到的。"史博士解释道。
-检查阐明了大鼠胚胎干细胞异质性的动态演进。miRNA检查结果显示，干细胞在分化的第7天（图a）产生了四个群组（意味着这种干细胞已转化为四种类型的细胞），之后在第14天产生五个群组（图b）。（图片来源：DOI:10.1126/.）
成为医治策略质量控制的潜在平台
史博士觉得细胞内造影技术能提供机会，令研究人员可以定量测量同一批细胞内miRNA抒发于时序上的动态变化，以阐明混和细胞群中细胞异质性的演化。技术可以应用作一个快速又便捷的评估平台，对涉及运用人类细胞的新兴医治策略，如干细胞疗法或CART-细胞疗法（透过基因技术令患者自身免疫细胞能分辨并杀害癌细胞），进行质量控制，因而令医治愈发安全有效。
据悉，miRNA检查最近在医疗保健市场中被应用于初期乳癌筛查。研究团队相信，她们开发的新技术便于转移，但是与现有医疗保健用途兼容，才能明显地使相关检查更快、更简单。团队早已着手于一项结肠炎筛查研究，以测试该技术。
史博士补充说："我们的技术不单能用于干细胞，亦可用于血液细胞、癌细胞或T-细胞等细胞细胞膜图片，检查的对象亦不限于miRNA，还可以应用于不同种类的RNA，甚至适用于COVID-19病毒的测量。"
论文的所有作者均来自台湾城大。史博士、生物医学系的王鑫博士和黄林峰博士、以及张文军院士都是论文的共同通信作者。论文的共同第一作者包括来自生物医学工程学系的王子迅博士和来自生物医学系的齐林，以及台湾城大结业生、现为上海先进技术研究院副研究员的杨扬博士。
这项研究获得国家自然科学基金委员会、深圳市科技创新委员会、香港研究捐助局、和台湾食物及卫生局辖下医疗卫生研究基金的捐助进行。
DOI:10.1126/.
本文已于“香港城大研创”微信公众号发布。
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