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，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，能夠靈敏地檢測低輻射劑量以量化其損傷十分重要。 近日，北京航空航天大學(xué)常凌乾課題組在 Biosensors＆Bioelectrnics 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 的研究論文。 該研究設(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、快速地檢測人體內(nèi)電離輻射的劑量。

該技術(shù)通過檢測人外周血單核細(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

北京航空航天大學(xué)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為論文共同通訊作者。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論文共同第一作者。北京航空航天大學(xué)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)新中心為論文第一單位。

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