在復(fù)雜生理環(huán)境中，腫瘤標(biāo)志物往往在相似的細(xì)胞亞群中均有表達(dá)，且具有變化快、豐度低等特點，因此亟需開發(fā)準(zhǔn)確、快速、靈敏的癌細(xì)胞分型新方法，從而為生命科學(xué)研究、個性化醫(yī)療和生物醫(yī)學(xué)工程提供新工具。近年來，基于抗體、核酸適體等生物分子的邏輯識別策略為細(xì)胞精準(zhǔn)分型提供了新思路，但依然面臨速度慢、靈敏度低等不足，限制了其臨床應(yīng)用。
CRISPR-Cas12a核酸酶具有出色的靶標(biāo)識別能力和反式切割活性，在分子診斷領(lǐng)域具有非常大的應(yīng)用潛力。然而，當(dāng)前CRISPR-Cas12a體系的底物切割反應(yīng)通常依賴于溶液中酶與底物的自由擴散和自由碰撞，導(dǎo)致其催化速率和效率仍然不夠理想。在自然界的代謝系統(tǒng)中，酶促反應(yīng)往往在流動膜表面以空間限域的方式進行，使得酶與底物的局域濃度和碰撞效率顯著提高，從而增強了酶促反應(yīng)的速率和效率。受此啟發(fā)，湖南大學(xué)張曉兵教授/柯國梁教授課題組近日開發(fā)了一種細(xì)胞膜表面流動限域的CRISPR-DNA探針（Fluidically confined CRISPR-based DNA reporter, FINDER），并將其成功應(yīng)用于臨床血液樣本中癌細(xì)胞的準(zhǔn)確、快速、靈敏分型。
受天然酶促反應(yīng)的啟發(fā)，該工作首次研究并報道了CRISPR-Cas12a在活細(xì)胞膜表面活性顯著增強的現(xiàn)象，并揭示其機制與空間限域效應(yīng)提高局部濃度和細(xì)胞膜流動性提高碰撞效率有關(guān)。 在此基礎(chǔ)上，作者將這一新現(xiàn)象與核酸適體邏輯識別結(jié)合，構(gòu)建了一種可用于準(zhǔn)確、快速、靈敏的癌細(xì)胞分型的FINDER探針。FINDER不僅能夠在含有大量相似亞型細(xì)胞的干擾下實現(xiàn)靶細(xì)胞的精準(zhǔn)識別，而且這個過程僅需20分鐘。此外，作者將FINDER探針應(yīng)用于臨床血液樣本中低豐度靶細(xì)胞的識別。結(jié)果表明，當(dāng)臨床血液樣本中僅含有0.1%的靶細(xì)胞時，F(xiàn)INDER仍然能夠有效識別靶細(xì)胞（識別效率高于80%）。 在本工作中，作者首次報道了CRISPR核酸酶在活細(xì)胞膜表面活性增強的現(xiàn)象，豐富了人們對CRISPR核酸酶性質(zhì)的認(rèn)識。同時，在此基礎(chǔ)上發(fā)展的FINDER探針能夠?qū)崿F(xiàn)臨床血液樣本中癌細(xì)胞的快速、靈敏分型，為生命科學(xué)研究、個性化醫(yī)療和生物醫(yī)學(xué)工程研究提供了新工具。 論文信息 FINDER: A Fluidly Confined CRISPR-Based DNA Reporter on Living Cell Membranes for Rapid and Sensitive Cancer Cell Identification Yao Yin, Wei Xie, Mengyi Xiong, Yingying Gao, Qin Liu, Prof. Da Han, Prof. Guoliang Ke, Prof. Xiao-Bing Zhang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202309837
