国家纳米科学中心杨延莲/朱凌、中科院物理所陈佳宁JACS: 基于单个细胞外囊泡蛋白红外光谱的肿瘤检测

原创化学与材料科学化学与材料科学

收录于合集

点击蓝字关注我们

蛋白质的丰度和结构对于肿瘤的发生和发展至关重要。肿瘤相关蛋白质组成和结构的差异为阐明癌症发病机制提供了重要信息，是肿瘤诊断和药物设计的重要生物标志物。小细胞外囊泡是细胞分泌的纳米尺度（直径30–200 nm）的膜囊泡，携带和传递来源细胞的蛋白质、核酸等分子信息，影响生理病理过程。对肿瘤来源小细胞外囊泡蛋白质组分和二级结构的分析，有助于阐明小细胞外囊泡在肿瘤进展和转移中的作用，并促进肿瘤相关标志物的开发和液体活检技术的发展。

近日，国家纳米科学中心朱凌特聘研究员、杨延莲研究员与中科院物理所陈佳宁研究员、中国科学技术大学附属第一医院乳腺外科马小鹏主任医师合作，利用纳米红外光谱技术研究在单个小细胞外囊泡水平研究蛋白质二级结构，并用于乳腺癌恶性程度和转移性评估。

研究团队利用自搭建的基于近场光学显微镜的纳米红外光谱系统（nano-FTIR）的10 nm尺度红外光场局域增强，在蛋白质酰胺I带（1600–1700 cm-1）和酰胺II带（1510–1580 cm-1）的指纹光谱频段内，对单个小细胞外囊泡开展原位红外指纹光谱研究。利用酰胺I带吸收频率对蛋白质骨架结构的高度敏感性，通过对正常细胞和不同恶性程度肿瘤细胞来源的小细胞外囊泡的红外光谱进行统计分析，发现酰胺I/II吸收比值随着小细胞外囊泡来源细胞系的恶性程度增加而增加，高恶性肿瘤细胞来源小细胞外囊泡蛋白质α-螺旋和无归卷曲的含量发生显著下降，反平行β-折叠和β-转角显著增加。并通过比较无转移和淋巴结转移乳腺癌患者原发灶肿瘤组织来源小细胞外囊泡，证明这种小细胞外囊泡蛋白质二级结构的改变可高灵敏评估肿瘤转移性。研究结果显示了nano-FTIR在单个小细胞外囊泡水平进行分子鉴定和分析的优势，证明了小细胞外囊泡蛋白质二级结构变化在癌症检测中的意义和临床价值，为基于小细胞外囊泡的nano-FTIR分子指纹谱识别的癌症诊断提供了新的解决方案。

图1细胞外囊泡的提取和纯化。

图2单个细胞外囊泡的近场红外成像和原位红外吸收光谱。

图3单个细胞外囊泡的蛋白指纹光谱作为癌症恶性程度的指标。

图4组织来源细胞外囊泡的蛋白指纹光谱区分无转移和淋巴结转移的乳腺癌患者。

相关工作以“Single-vesicle Infrared Nanoscopy for Noninvasive Tumor Malignancy Diagnosis”为题发表在《Journal of the American Chemical Society》。中国科学院物理研究所薛孟飞博士（现为国科温州研究院博士后）和国家纳米科学中心叶思源博士为共同第一作者。国家纳米科学中心朱凌特聘研究员、杨延莲研究员、中科院物理所陈佳宁研究员为共同通讯作者。

作者简介

向上滑动阅览

朱凌，国家纳米科学中心特聘研究员，中科院青年创新促进会会员。主要从事基于纳米技术和纳米材料的生物医学检测，在Adv. Mater.、 J. Am. Chem. Soc.、 Adv. Sci.、Small、Small methods等期刊上发表学术论文二十余篇，获授权中国专利4项，主持国家自然科学基金面上项目和青年科学基金项目，参与科技部国家重点研发计划纳米前沿重点专项。

杨延莲，国家纳米科学中心研究员，博士生导师。中国生物物理学会纳米生物学分会委员，北京医学检验学会理事，北京生物医学工程学会理事，中国分析测试协会标记免疫分委员会常委，中国材料与试验团体标准委员会科学试验领域委员会（CSTM/FC98）委员，《生物化学与生物物理进展》副主编，《科学通报》编委。2020年获得北京市三八红旗奖章。主要研究兴趣包括：液体活检纳米技术、多肽自组装、扫描探针显微技术等。主持多项国家级研究项目，如国家重大科学研究计划课题负责人、国家重点研发专项课题负责人、中科院战略性先导科技专项A类项目子课题负责人等。在Chem. Soc. Rev., Nat. Comm., PNAS, Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Nano Lett., ACS Nano等知名学术期刊发表论文200余篇，他引7500次，H因子44。

陈佳宁，中国科学院物理研究所研究员，博士生导师。中国光学学会理事，中国物理学会光物理专业委员会秘书长，中国青年科技工作者协会会员，中央和国家机关青年联合会委员，获卢嘉锡青年人才奖，北京市自然科学二等奖。主要研究方向为纳米尺度上光与物质相互作用产生的各种效应。部分工作收录在Nature、Science、Advanced Materials、Nature Communications、Science Advances、Nano Letters、 Journal of the American Chemical Society、Small、Physical Review Letters等期刊上。

原文链接

https://doi.org/10.1021/jacs.2c07393

相关进展

山东第一医科大学阴军玲副教授 CEJ：用于探索乳腺癌的线粒体极性触发荧光光学

化学与材料科学原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：chem@chemshow.cn

扫二维码｜关注我们

微信号 : Chem-MSE

诚邀投稿

欢迎专家学者提供化学化工、材料科学与工程产学研方面的稿件至chem@chemshow.cn，并请注明详细联系信息。化学与材料科学®会及时选用推送。