儀器應用 | MP-SPR實時檢測癌細胞以及癌細胞在植入材料表面的黏附情況

2025-02-20 16:45:10 21閱讀次數

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MP-SPR實時檢測癌細胞以及癌細胞在植入材料表面的黏附情況

當植入物被引入體內時，其表面會覆蓋蛋白質和細胞。為了理解這些界面處的細胞分子相互作用，會利用多參數表面等離子體共振（MP-SPR）技術。實時的無標記平臺能夠實現動態和靜態的流動條件，用于了解細胞的黏附情況，從而提高植入物的兼容性。同樣的特性對于基于細胞檢測的生物傳感器開發也是有利的。細胞還可以在臨床生物傳感器（例如用于癌癥研究）的檢測中用作分析物。

表面等離子體共振（SPR）是一種成熟的測量實時無標記分子相互作用的方法。強大的多參數表面等離子體共振（MP-SPR）儀器能夠在較寬的角度范圍（40 - 78 度）內以及在多個波長下進行測量，這使得SPR的適用性也擴展到了組織工程和使用完整細胞和納米粒子的生物傳感領域。其寬廣的測量范圍使得MP-SPR能夠測量厚度顯著超過SPR場穿透深度的薄膜，例如微米級厚度的聚合物薄膜、陶瓷薄膜或者活細胞（圖1 ）。圖1（上圖）：A）用于骨科假體開發的干細胞（AD-MSC）在陶瓷羥基磷灰石表面的結合情況已被確定。（B）乳腺癌細胞（MCF7）與靶肽的結合情況已被測量，以開發從血液樣本中檢測癌癥的生物傳感器。

如何驗證用MP-SPR可以實時檢測癌細胞在植入材料表面的黏附情況？

BioNavis MP-SPR 210A（左）、220A（右）

通過多參數表面等離子體共振（MP-SPR）技術，對人間充質干細胞（ADMSC）與羥基磷灰石（HA）表面的結合情況以及與唾液酸酶蛋白的結合情況進行測定。羥基磷灰石存在于牙齒和骨骼中，其合成形式廣泛應用于骨科假體中，以增強植入物與活骨的骨整合（連接）。

羥基磷灰石（HA）在基底上形成了幾十微米厚且孔隙率很高的層（圖2）。根據掃描電子顯微鏡（SEM）的結果，厚度為24 ± 6微米。在金表面，細胞黏附在10分鐘時達到了平臺值。相比之下，在HA表面的黏附明顯較慢，直到90分鐘才達到平臺值（圖3）。與金表面相比，AD-MSC細胞在羥基磷灰石表面的黏附明顯更強。多孔HA涂層的有效表面積大于金表面的有效表面積。

圖 2. 在空氣中測量的未涂覆羥基磷灰石（HA）涂層與涂覆HA涂層的二氧化鈦傳感器試片的完整表面等離子體共振（SPR）曲線。厚層HA形成了波導型SPR曲線。

圖 3. 與金相比，AD-MSC細胞在羥基磷灰石（HA）表面的黏附明顯更牢固。在金表面達到黏附水平的穩定狀態需要10分鐘，而在HA覆膜表面則需要超過90分鐘。這會影響粘結強度以及細胞的附著量。羥基磷灰石（HA）有利于細胞附著，從而有利于植入物骨整合。

溶菌酶蛋白與HA表面涂層緊密結合（圖 4）。然而，在沖洗過程中，部分蛋白質從表面脫離，這表明蛋白質與HA表面涂層之間的相互作用相當微弱。

圖 4. 酸性磷酸酶在羥基磷灰石涂層上的結合動力學。

癌細胞（MCF7）與目標肽段的結合強度顯著高于與參考肽段的結合強度，符合預期（圖 5）。兩種細胞類型對參考肽表面的結合程度相同，表明細胞在底物上的非特異性結合程度較低。非癌細胞與目標肽段的結合強度甚至低于與參考表面的結合強度，這表明癌細胞對目標肽段具有理想的特異性結合。發現癌細胞對肽表面的敏感度低至每毫升5 ± 3個細胞。

圖 5. 癌細胞（MCF7）與非癌細胞（MCF10A）與靶向肽和參考肽的結合情況。癌細胞與靶向表面的結合明顯更強（紅色曲線），而與非靶向表面的結合則較弱（藍色曲線）。

BioNavis MP-SPR能夠測量細胞在幾微米厚的涂層以及表面固定的目標分子上的黏附情況。這種實時技術適用于對各種材料（從金屬（二氧化鈦）和陶瓷（HA）到軟材料（PDMS））上的結合動力學進行測量。MP-SPR在可控溫度（15 至45°C）下以及靜態和動態流動條件下進行測量，因此BioNavis MP-SPR非常適合用于活細胞檢測。