适配体（Aptamer）是一类能够特异性地和靶标分子结合的寡核苷酸序列，可作用于蛋白质、金属离子、小分子化合物、细胞膜表面受体等靶标物质，其结合能力可与抗体相当甚至更强，同时具有低免疫原性、稳定性好等特点。适配体结合各种药物及载体构建复合靶向给药系统，还可用于肿瘤细胞的靶向治疗，这在生物医学领域引起了极大的关注。另外，适配体的分子量小、组织渗透性好、血浆消除率高、信噪比高、成像效果好，特别适合作为非侵入性诊断成像试剂。

针对当前Hyperion系统中单细胞质谱成像技术 (Imaging mass cytometry, IMC) 存在的组织细胞内蛋白分子精准定位和检测灵敏度低的问题，近日，上海交通大学丁显廷研究员（点击查看介绍）团队发展了一种基于核酸适配体金属探针的蛋白质研究新方法。他们构建一种基于镧系金属螯合物聚合物（lanthanide metal-chelating polymers, MCPs(Ln)）的适配体探针平台，用于靶向前列腺癌（Prostatic adenocarcinoma, PaC）上皮细胞过表达的前列腺特异性跨膜抗原（Prostate specific membrane antigen, PSMA），并采用IMC技术对金属标记的适配体纳米探针靶向性、灵敏性进行初步验证。该工作建立了一种高灵敏度、精准定位的IMC新技术，为细胞系或组织蛋白质的定性、定位、定量分析提供新的手段和方法。

作者选取PSMA作为研究对象，以MCPs(¹⁶⁷Er)为金属标签，选择Anti-PSMA的A10-3.2 适配体和Anti-PSMA 的YPSMA-1抗体作为靶向基团，将MCPs(¹⁶⁷Er)修饰抗体和适配体制备¹⁶⁷Er-A10-3.2和¹⁶⁷Er-YPSMA-1两种不同类型的探针。他们利用IMC成像技术对合成¹⁶⁷Er-A10-3.2和¹⁶⁷Er-YPSMA-1探针纳米探针的靶向能力进行了验证，证明修饰后仍保留特异性识别靶标的能力。利用IMC技术采集扫描PaC组织中的金属信号，构建三维组织模型，实现了目标分子的成功定位（图1）。

图1. (A) 金属标记的适配体靶向PaC组织切片特异性抗原以及IMC检测过程；(B) 金属标记的适配体和金属标记的抗体的IMC图像；¹⁶⁷Er金属信号强度图(C)箱式图；(D)柱状图。

金属标记的适配体探针能够特异性识别前列腺癌组织切片中的特定PSMA抗原，同时采取37 ℃条件下组织抗原修复对照试验，IMC技术检测结果显示，适配体探针的金属信号是抗体探针携带的金属信号的3倍，探针的灵敏性得到了明显提高（图2）。实验结果与作者最初构想的“小尺寸的纳米探针能够接触到更多的抗原表位，实现高密度的染色”的假定是相一致的。

图2. (A) ¹⁶⁷Er-YPSMA-1和¹⁶⁷Er-A10-3.2探针标染的PaC组织切片的IMC图片, IMC图片相应的灰度图和histoCAT软件读取的¹⁶⁷Er信号的热图, 标尺:100 μm; (B) ¹⁶⁷Er和¹⁹¹Ir信号强度直方图与箱式图 (红色代表¹⁶⁷Er-A10-3.2, 蓝色代表¹⁶⁷Er-YPSMA-1)；(C) ¹⁶⁷Er-YPSMA-1和¹⁶⁷Er-A10-3.2探针的¹⁶⁷Er信号的相对强度值。

这一成果近期作为封面文章发表于Analytical Chemistry 期刊。文章的第一作者是上海交通大学余友谊和党靖琪。

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Metal-labeled Aptamers as Novel nanoprobes for Imaging Mass Cytometry Analysis

Youyi Yu, Jingqi Dang, Xiao Liu, Liping Wang, shanhe Li, Ting Zhang, Xianting Ding*

Anal. Chem., 2020, 92, 6312−6320, DOI: 10.1021/acs.analchem.9b05159

导师介绍

丁显廷

https://www.x-mol.com/university/faculty/201241