上海大学：基于DNA扩增反应的金属有机框架材料鉴定乳腺癌PD-L1阳性外泌体
PD-L1阳性外泌体与乳腺癌的进展和免疫治疗反应相关，在液体活检中潜力巨大。来自上海大学生命科学学院赵婧课题组与复旦大学附属肿瘤医院李纲课题组的研究人员在Biosensors & Bioelectronics杂志（IF=10.257）发表文章，建立了一种基于DNA扩增反应的金属有机框架PVP@HRP@ZIF-8，并通过电化学传感方法首次实现量化乳腺癌患者血液样本中的PD-L1阳性外泌体，并揭示了PD-L1阳性外泌体水平与乳腺癌预后之间的潜在关联。
细胞分泌的外泌体是一种细胞外囊泡，通过细胞内运输途径产生，并从细胞膜释放后广泛分布在体液中（尤其是血液）。纳米大小的囊泡包含典型的磷脂双层结构，并携带大量源自原始细胞的生物分子。通常，分泌细胞的外泌体参与与细胞通讯、分化和发育有关的多种生理过程。此外，在一些病理过程中发现了外泌体的参与。例如，肿瘤来源的外泌体与肿瘤的发生、侵袭、转移和耐药有关。肿瘤来源的外泌体也在液体活检中得到越来越多的关注，与循环肿瘤细胞相比具有绝对的数量优势，并且能比游离核酸检测提供更多的信息。此外，外泌体表面表达的蛋白质与来源肿瘤有密切关系，并且可能反映出丰富的生物学信息，可对肿瘤进行有效治疗。例如，重要的免疫检查点分子程序性死亡配体1（PD-L1）在源自乳腺癌的外泌体上表达。PD-L1阳性（PD-L1+）外泌体的水平可能是抗PD-1免疫疗法的预后预测指标，可能对癌症治疗至关重要。然而，在乳腺癌中，PD-L1+外泌体水平的测定仍然具有挑战性，这主要是由于用于精确鉴定PD-L1+外泌体的生物传感方法的限制。
金属有机框架材料（MOF）是目前用于生物传感应用的最具吸引力的多孔纳米材料。与其他现有纳米材料相比，纳米级无机-有机杂化材料表现出很多独特的优势，包括具有多种功能的可调节结构和表面功能化，具有高负载能力的大孔体积，以及适用于体内运输、可生物降解且生物相容。在生物矿化作用下，生物分子（例如生物大分子和细胞）被封装到MOF中，因此MOF可应用在核酸和蛋白质的细胞内递送中。更有趣的是，MOF的分解可以通过不同的内源性或外源性刺激来调节，例如pH、离子、温度、压力、氧化还原和磁场。例如，已知的一种典型的MOF分子型为沸石咪唑骨架ZIF-8，具有pH响应能力，在酸性环境（而非中性或碱性条件）下表现出更高的释放效率。通过生物矿化促进方法制备的蛋白质包封ZIF-8能够通过内溶酶体实现pH响应释放天然活性蛋白。同时，DNA聚合酶催化核苷酸掺入DNA链，在核酸扩增过程中促进质子从DNA链的3'-羟基稳定释放，从而动态改变环境pH。因此，研究人员将DNA扩增引起的pH变化与pH响应蛋白封装的ZIF-8相结合，开发了一种通过电化学技术准确鉴定乳腺癌中PD-L1+外泌体的生物传感方法。
如示意图所示，研究人员通过将辣根过氧化物酶（HRP）封装到ZIF-8中并随后用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）进行表面包裹，制备了对pH敏感的包裹蛋白质的ZIF-8（PVP@HRP@ZIF-8），该结构在弱碱性pH和酸性pH下会分解。通过电化学生物传感方法，可通过使用PVP@HRP@ZIF-8准确鉴定PD-L1+外泌体。PD-L1+外泌体被抗CD63的磁珠捕获，并与抗PD-L1连接的捕获探针结合。然后，使用表面附着的捕获探针作为引物进行原位超支化滚环扩增，这是一种典型的DNA扩增反应，可降低环境pH。然后PVP@HRP@ZIF-8发生降解，导致了酶的释放，可引起放大的电化学反应，从而鉴定出目标外泌体。实验结果表明，该生物传感方法对PD-L1+外泌体的鉴定是线性的，从1E+3到1E+10颗粒/mL。此外，通过使用该方法，在未稀释的乳腺癌患者（尤其是转移性乳腺癌患者）的血清样品中发现循环的PD-L1+外泌体水平升高，表明PD-L1+外泌体水平与乳腺癌的分期和疾病进展呈正相关。因此，该生物传感方法不仅对于外泌体的识别有重要的价值，而且为将来诊断和实时监测乳腺癌提供参考信息。
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