微液滴微流控生物芯片快速精準(zhǔn)檢測(cè)人體輻射劑量

人們所處的日常生活環(huán)境無時(shí)無刻不暴露在電離輻射中，特別是一些特殊的環(huán)境，例如醫(yī)學(xué)上的CT診斷、放射性同位素試劑、放射性治療等。電離輻射可能對(duì)人體健康造成不可逆的傷害，尤其對(duì)于接受放射治療的病人，過度暴露于高能粒子（如γ射線）會(huì)對(duì)健康器官和細(xì)胞造成損傷。定量研究顯示，增加1Gy的累積輻射會(huì)使患白血病的風(fēng)險(xiǎn)因素增加3倍。因此，能夠靈敏地檢測(cè)低輻射劑量以量化其損傷十分重要。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，北京航空航天大學(xué)常凌乾課題組在《Biosensors & Bioelectrnics》（IF: 12.7）期刊上發(fā)表了題為“Sensitive, rapid detection of NCOA4-m6A towards precisely quantifying radiation dosage on a Cas13a-Microdroplet platform”的研究文章，設(shè)計(jì)了一種用于電離輻射定量的微液滴生物芯片系統(tǒng)，該平臺(tái)能夠在高度靈敏、快速地檢測(cè)人體內(nèi)電離輻射的劑量。該技術(shù)通過檢測(cè)人外周血單核細(xì)胞內(nèi)一種特定基因上的RNA甲基化：NCOA4-m6A。NCOA4-m6A含量的增加與電離輻射劑量正相關(guān)，是一種表觀遺傳學(xué)層面的生物標(biāo)志物。

該Cas13a-微液滴芯片平臺(tái)產(chǎn)生均勻的微液滴，每個(gè)液滴中包裹含有m6A的基因和CRISPR/Cas13a檢測(cè)系統(tǒng)。其中Cas13a識(shí)別NCOA4序列并進(jìn)一步切割熒光報(bào)告分子，在20分鐘內(nèi)產(chǎn)生放大的熒光信號(hào)，通過陽性液滴個(gè)數(shù)的比例即可直觀定量。此外，該平臺(tái)在10分鐘內(nèi)分割成約200000個(gè)水油混合的微液滴，使反應(yīng)體積在從微升減小到皮升，從而在更低靶標(biāo)濃度下實(shí)現(xiàn)高度靈敏的定量（圖1）。

圖1 Cas13a微液滴平臺(tái)通過檢測(cè)NCOA4-m6A水平來確定輻射劑量的原理示意圖

Cas13a微液滴芯片平臺(tái)的靈敏度和快速反應(yīng)在小鼠模型和臨床患者樣本中都得到了證明。研究團(tuán)隊(duì)收集了10例接受放療的患者的血液樣本，在不同階段采集樣本，例如在放療前（0 Gy）和每個(gè)療程后（累積劑量，10 Gy、20 Gy、30 Gy、40 Gy、50 Gy）。Cas13a微液滴芯片平臺(tái)的定量分析顯示，盡管患者中NCOA4-m6A的初始水平不同，但每位患者自身NCOA4-m6A水平都隨著累積輻射劑量的增加而增加。此外，在10Gy至50Gy的累積輻射劑量范圍內(nèi)，Cas13a微液滴芯片平臺(tái)檢測(cè)NCOA4-m6A的靈敏度幾乎是MeRIP-qPCR的兩倍。Cas13a微液滴芯片平臺(tái)由此展現(xiàn)出輻射劑量監(jiān)測(cè)和個(gè)性化輻射損傷判斷的潛力。

圖2 臨床放射治療樣本中輻射劑量的鑒定

該研究工作通訊作者為北航生物醫(yī)學(xué)工程常凌乾教授、軍事科學(xué)院軍事醫(yī)學(xué)研究院周鋼橋教授、北航董再再助理教授。第一作者是北航碩士生靳致遠(yuǎn)、博士生杭欣欣、軍科院博士研究生趙曦和軍科院副研究員盧一鳴為共同第一作者。文章第一單位為北航生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院和生物醫(yī)學(xué)工程高精尖創(chuàng)新中心。

審核編輯：劉清