細(xì)胞外三磷酸腺苷（ATP）作為信號(hào)分子參與一系列生理過(guò)程，其代謝異常與很多疾病（如炎癥和感染性疾病等）的發(fā)生密切相關(guān)。發(fā)展胞外ATP的原位檢測(cè)方法對(duì)于闡明相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)理及臨床診斷具有重要意義。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，基于微針的可原位檢測(cè)和DNA分子機(jī)器可信號(hào)放大的特點(diǎn)，來(lái)自華東師范大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院的研究人員構(gòu)建了集成DNA分子機(jī)器的微針貼片分析系統(tǒng)，用于細(xì)胞外ATP的原位分析。相關(guān)研究成果以論文形式發(fā)表于《分析化學(xué)》期刊。

首先，研究人員將甲基丙烯酰化透明質(zhì)酸（MAHA）聚合物與藍(lán)光引發(fā)劑（LAP）溶解在水中，再加入DNA分子機(jī)器混合均勻，然后澆鑄到PDMS模具中，待干燥固化后，構(gòu)建得到裝載DAN分子機(jī)器的微針貼片（圖1）。

圖1 集成DNA分子機(jī)器的微針貼片分析系統(tǒng)用于ATP的原位檢測(cè)示意圖

制備的微針貼片具有快速溶脹特性，在水溶液中可實(shí)現(xiàn)對(duì)ATP原位采樣；集成的DNA分子機(jī)器在ATP驅(qū)動(dòng)下行走，可實(shí)現(xiàn)熒光信號(hào)放大。將此微針貼片分析系統(tǒng)用于ATP傳感，具有寬的檢測(cè)范圍（1~500μmol/L）、低檢出限（1μmol/L）和良好的選擇性。

圖2 （A）單個(gè)金納米顆粒（AuNP）在（a）不存在和（b）存在ATP情況下的熒光信號(hào)變化情況；（B）熒光比率隨ATP濃度變化的直方圖；（C）DNA分子機(jī)器對(duì)100μmol/LATP及1mmol/L類似物的響應(yīng)情況；（D）微針貼片對(duì)不同濃度的ATP響應(yīng)的熒光顯微鏡圖；（E）微針貼片的ATP熒光響應(yīng)曲線；（F）微針貼片對(duì)100μmol/LATP及1mmol/L類似物響應(yīng)的熒光顯微鏡圖。

集成DNA分子機(jī)器的微針貼片用于細(xì)胞外ATP檢測(cè)

將腫瘤細(xì)胞與生物墨水在培養(yǎng)皿中混合均勻，并培養(yǎng)2d，構(gòu)建細(xì)胞3D模型，然后用注射器向模型中加入高濃度的KCl溶液。將微針檢測(cè)貼片插入模型中，微針因具有吸水膨脹的特性，可以吸取間質(zhì)液中的ATP，引發(fā)DNA分子機(jī)器的運(yùn)行，放大熒光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞分泌的ATP的原位檢測(cè)（圖3A）。通過(guò)對(duì)處理后的微針貼片進(jìn)行熒光成像，實(shí)現(xiàn)對(duì)ATP的定量分析。使用0.1mol/L KCl刺激細(xì)胞后，用微針貼片原位測(cè)定溶液中ATP，平行測(cè)定6次。通過(guò)倒置熒光顯微鏡記錄其熒光信號(hào)，結(jié)果如圖3B所示，計(jì)算得到間質(zhì)液中細(xì)胞分泌ATP濃度為（10.9 ± 1.6）μmol/L，此結(jié)果與過(guò)往文獻(xiàn)測(cè)定的ATP濃度（（12.2 ± 2.8）μmol/L）相當(dāng)，表明該研究設(shè)計(jì)的集成DNA分子機(jī)器的微針貼片可用于原位檢測(cè)細(xì)細(xì)胞外的ATP濃度水平。

圖3 （A）微針貼片用于原位檢測(cè)細(xì)胞外ATP的示意圖；（B）微針貼片檢測(cè)0.1mol/L KCl刺激細(xì)胞分泌ATP的熒光顯微鏡圖。

綜上所述，研究人員通過(guò)將DNA分子機(jī)器生物傳感器與微針相結(jié)合，構(gòu)建了集成DNA分子機(jī)器的微針貼片。此微針貼片分析系統(tǒng)可放大ATP信號(hào)，對(duì)ATP檢測(cè)具有高靈敏度，可用于腫瘤細(xì)胞分泌ATP濃度的原位檢測(cè)。此外，該研究設(shè)計(jì)的具有高特異性和高靈敏度的提取和檢測(cè)一體化的微針生物傳感檢測(cè)貼片加工方法簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保、成本低，未來(lái)有望成為疾病診斷的輔助設(shè)備。