活细胞microRNA原位多重成像及定量矫正

精确测量单个活细胞中多个microRNA的拷贝数和空间分布是了解细胞行为和功能的必要条件。由于受激光共聚焦荧光显微镜的光谱重叠的限制和缺乏和对活细胞毒性小的高通量方法，单个活细胞中多个microRNA的同时成像分析仍是一个难题，此外，由于活细胞中三维液体环境复杂度高，检测干扰性高，精细胞内定量的准确性受时空影响大。

深圳大学生物医学工程学院的董海峰教授（点击查看介绍）领导的团队开发了一种具有错误矫正功能的荧光多重编码方法，称为荧光编码纠错标记（fluorophores-encoded error-corrected labels，FluELs）。FluELs由细胞安全性高的壳核纳米二氧化硅材料作为骨架，中心包埋不同比例的编码双荧光团 (Cy5和Cy3) 用于识别microRNA类别，和恒定数量的AMCA荧光用于矫正活细胞中折射波动造成的定量偏差，外壳负载了分子信标探针，用于特异性检测microRNA。可以准确定量和原位解析乳腺癌细胞9种microRNA，并评估它们的活细胞内定量水平和分析单细胞异质性。

图1. 荧光编码纠错标记原理图和多重分析单细胞内microRNA

FluELs采用了易于控制条件的水热法，逐步优化合成条件，合成了壳核纳米二氧化硅载体结构，通过酰胺反应负载染料和探针，具有高负载量、高荧光稳定性和低细胞毒性的特点。

图2. FluELs的合成。

同时，由于活细胞中三维液体环境复杂度高，胞质流动性强，折射干扰性高，精确的细胞内定量的准确性受时空影响大。FluELs提供了一个实时原位的AMCA内参矫正元件，用于修正由于液体流动和纵向扫描深度造成的信号偏差，使检测精度提高了2.53倍。

图3. FluELs的错误矫正功能。

FluELs提供了一个单细胞分析平台来评估microRNA表达谱和microRNA相关疾病的分子机制，FluELs适合常规的激光共聚焦荧光成像系统，使单个细胞中的多个生物标志物研究无需依赖昂贵的超分辨率显微镜就可以原位识别和分析。值得一提的是，通过用抗体或其他适配体系统替代MB，它可以很容易地扩展到活细胞中其他生物标志物的高通量成像。它使单个活细胞中原位成像具有更多的目标物数量和更高的准确性，具有广泛的生物医学应用价值。

图4. FluELs用于活细胞内microRNA多重检测。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是北京科技大学的博士研究生魏薇。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Spatially Resolved, Error-Robust Multiplexed MicroRNA Profiling in Single Living Cells

Wei Wei, Wenhao Dai, Fan Yang, Huiting Lu, Kai Zhang, Yi Xing, Xiangdan Meng, Liping Zhou, Yiyi Zhang, Qiqi Yang, Yaru Cheng, Haifeng Dong

Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202116909

导师介绍

董海峰，深圳大学特聘教授，博士生导师, 国家优秀青年基金获得者。2011年获得南京大学博士学位，2011-2020在北京科技大学工作，曾于2012.10-2013.9在匹兹堡大学做博士后，2015.7-2015.10在京都大学做访问教授。2020年加入深圳大学。曾获2012年江苏省百篇优秀博士论文、2013年全国百篇优秀博士学位论文提名。2013年教育部自然科学一等奖，2018年年教育部自然科学二等奖，2014，2018年中国分析测试协会科技一等奖。2020年科睿唯安全球高被引科学家，入选斯坦福大学“2020及2021全球前2%顶尖科学家”名单。 

研究方向：生物传感、microRNA分析检测、纳米诊疗

邮箱：hfdong@szu.edu.cn

https://www.x-mol.com/groups/Dong_haifeng