MP-SPR實(shí)時(shí)檢測癌細(xì)胞以及癌細(xì)胞在植入材料表面的黏附情況

當(dāng)植入物被引入體內(nèi)時(shí)，其表面會(huì)覆蓋蛋白質(zhì)和細(xì)胞，為了理解這些界面處的細(xì)胞分子相互作用，會(huì)利用多參數(shù)表面等離子體共振（MP-SPR）技術(shù)進(jìn)行測試。實(shí)時(shí)的無標(biāo)記平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的流動(dòng)條件，可用于了解細(xì)胞的黏附情況，從而提高植入物的兼容性，同樣的特性對(duì)于基于細(xì)胞檢測的生物傳感器開發(fā)也是有利的。細(xì)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(shí)時(shí)無標(biāo)記分子相互作用的方法。強(qiáng)大的多參數(shù)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(nèi)以及在多個(gè)波長下進(jìn)行測量，這使得SPR的適用性也擴(kuò)展到了組織工程和使用完整細(xì)胞和納米粒子的生物傳感領(lǐng)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(jí)厚度的聚合物薄膜、陶瓷薄膜或者活細(xì)胞（圖1）。

圖1. 用于骨科假體開發(fā)的干細(xì)胞（AD-MSC）在陶瓷羥基磷灰石表面的結(jié)合情況已被確定（圖1上）。乳腺癌細(xì)胞（MCF7）與靶肽的結(jié)合情況已被測量，以開發(fā)從血液樣本中檢測癌癥的生物傳感器（圖1下）。

通過多參數(shù)表面等離子體共振（MP-SPR）技術(shù)，對(duì)人間充質(zhì)干細(xì)胞（ADMSC）與羥基磷灰石（HA）表面的結(jié)合情況以及與唾液酸酶蛋白的結(jié)合情況進(jìn)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(yīng)用于骨科假體中，以增強(qiáng)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(jù)掃描電子顯微鏡（SEM）的結(jié)果，厚度為24±6微米。在金表面，細(xì)胞黏附在10分鐘時(shí)達(dá)到了平臺(tái)值。相比之下，在HA表面的黏附明顯較慢，直到90分鐘才達(dá)到平臺(tái)值（圖3）。與金表面相比，AD-MSC細(xì)胞在羥基磷灰石表面的黏附明顯更強(qiáng)。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(dǎo)型SPR曲線。

圖3. 與金相比，AD-MSC細(xì)胞在羥基磷灰石（HA）表面的黏附明顯更牢固。在金表面達(dá)到黏附水平的穩(wěn)定狀態(tài)需要10分鐘，而在HA覆膜表面則需要超過90分鐘。這會(huì)影響粘結(jié)強(qiáng)度以及細(xì)胞的附著量。羥基磷灰石（HA）有利于細(xì)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(jié)合（圖4）。然而，在沖洗過程中，部分蛋白質(zhì)從表面脫離，這表明蛋白質(zhì)與HA表面涂層之間的相互作用相當(dāng)微弱。

圖4. 酸性磷酸酶在羥基磷灰石涂層上的結(jié)合動(dòng)力學(xué)。

同時(shí)，BioNavis開發(fā)了一種生物傳感器用于檢測腫瘤細(xì)胞。測量了乳腺癌細(xì)胞（MCF7）和非癌細(xì)胞（MCF-10A）與一種表面結(jié)合的靶向肽（18-4）以及一種參考肽的結(jié)合情況。該生物傳感器表面能夠區(qū)分癌細(xì)胞與正常細(xì)胞。

癌細(xì)胞（MCF7）與目標(biāo)肽段的結(jié)合強(qiáng)度顯著高于與參考肽段的結(jié)合強(qiáng)度，符合預(yù)期（圖5）。兩種細(xì)胞類型對(duì)參考肽表面的結(jié)合程度相同，表明細(xì)胞在底物上的非特異性結(jié)合程度較低。非癌細(xì)胞與目標(biāo)肽段的結(jié)合強(qiáng)度甚至低于與參考表面的結(jié)合強(qiáng)度，這表明癌細(xì)胞對(duì)目標(biāo)肽段具有理想的特異性結(jié)合。發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞對(duì)肽表面的敏感度低至每毫升5±3個(gè)細(xì)胞。

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

BioNavis MP-SPR能夠測量細(xì)胞在幾微米厚的涂層以及表面固定的目標(biāo)分子上的黏附情況。這種實(shí)時(shí)技術(shù)適用于對(duì)各種材料（從金屬（二氧化鈦）和陶瓷（HA）到軟材料（PDMS））上的結(jié)合動(dòng)力學(xué)進(jìn)行測量。MP-SPR在可控溫度（15至45°C）下以及靜態(tài)和動(dòng)態(tài)流動(dòng)條件下進(jìn)行測量，因此BioNavis MP-SPR非常適合用于活細(xì)胞檢測。