原创 开发微液滴微流控生物芯片快速精准检测人体辐射剂量

开发微液滴微流控生物芯片快速精准检测人体辐射剂量

人们所处的日常生活环境无时无刻不暴露在电离辐射中，特别是一些特殊的环境，如医学上的CT诊断、放射性同位素试剂、放射性治疗等。电离辐射可能对人体健康造成不可逆的伤害，尤其对于接受放射治疗的病人，过度暴露于高能粒子（如γ射线）会对健康器官和细胞造成损伤。定量研究显示，增加1Gy的累积辐射会使患白血病的风险因素增加3倍。因此，能够灵敏地检测低辐射剂量以量化其损伤十分重要。 近日，北京航空航天大学常凌乾课题组在 Biosensors＆Bioelectrnics 期刊上发表了 题为：Sensitive, rapid detection of NCOA4-m6A towards precisely quantifying radiation dosage on a Cas13a-Microdroplet platform 的研究论文。 该研究设计了一种用于电离辐射定量的微液滴生物芯片系统，该平台能够在高度灵敏、快速地检测人体内电离辐射的剂量。

该技术通过检测人外周血单核细胞内一种特定基因上的RNA甲基化：NCOA4-m6A。NCOA4-m6A含量的增加与电离辐射剂量正相关，是一种表观遗传学层面的生物标志物。该Cas13a-微液滴芯片平台产生均匀的微液滴，每个液滴中包裹含有m6A的基因和CRISPR/Cas13a检测系统。其中Cas13a识别NCOA4序列并进一步切割荧光报告分子，在20分钟内产生放大的荧光信号，通过阳性液滴个数的比例即可直观定量。此外，该平台在10分钟内分割成约200000个水油混合的微液滴，使反应体积在从微升减小到皮升，从而在更低靶标浓度下实现高度灵敏的定量（图1）。

图1. Cas13a微液滴平台通过检测NCOA4-m6A水平来确定辐射剂量的原理示意图

Cas13a-微液滴芯片平台的灵敏度和快速反应在小鼠模型和临床患者样本中都得到了证明。研究团队收集了10例接受放疗的患者的血液样本，在不同阶段采集样本，例如在放疗前（0 Gy）和每个疗程后（累积剂量，10 Gy、20 Gy、30 Gy、40 Gy、50 Gy）。 Cas13a-微液滴芯片平台的定量分析显示，尽管患者中NCOA4-m6A的初始水平不同，但每位患者自身NCOA4-m6A水平都随着累积辐射剂量的增加而增加。此外，在10Gy至50Gy的累积辐射剂量范围内，Cas13a-微液滴芯片平台检测NCOA4-m6A的灵敏度几乎是MeRIP-qPCR的两倍。Cas13a-微液滴芯片平台由此展现出辐射剂量监测和个性化辐射损伤判断的潜力。

图2. 临床放射治疗样本中辐射剂量的鉴定

北京航空航天大学常凌乾教授、军事科学院军事医学研究院周钢桥教授、北航董再再助理教授为论文共同通讯作者。北航硕士生靳致远、博士生杭欣欣、军科院博士研究生赵曦和军科院副研究员卢一鸣为论文共同第一作者。北京航空航天大学生物与医学工程学院和生物医学工程高精尖创新中心为论文第一单位。

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