第期 赵婧等:细胞电化学分析的研究进展 着抗肿瘤药物5氟尿嘧啶的加入,肿瘤细胞的生长被抑制,此峰电流下降。 Zhong等馴采用3氨基苯硼 酸功能化的多壁碳纳米管修饰电极非常有效地检测了细胞。实验表明,碳纳米管提供了更为丰富的位 点结合氨基苯硼酸,以助于提高检测的灵敏性;同时,其高效的电子传导性使电化学检测更为方便 Gu等閃将金纳米颗粒组装在聚苯乙烯和聚乙烯合成的核壳结构纳米复合物表面用以电极界面的修饰。 当急性粒细胞白血病细胞HL60结合到电极表面后,电极表面的阻抗值和细胞浓度的对数值在1.6× 103~1.6×10cl/mL浓度范围内呈线性关系,检出限为7.3×102ce/mnL。利用功能化石墨烯和适配体 ASl14ll,reng等圖发展了一种可以重复使用的电化学传感器进行无需标记的肿瘤细胞检测。研究表 明,功能化的石墨烯表面具有良好的生物相容性,很好地维护了肿瘤细胞的生物活性。Lu等國将叶酸 功能化的金纳米颗粒修饰在金电极表面,构建了一种检测叶酸受体阳性肿瘤细胞的电化学方法。当表 面过量表达叶酸受体的肿瘤细胞(如卵巢癌细胞和人宫颈癌细胞)与金纳米颗粒表面的叶酸分子结合 后,会阻碍铁氰化钾和电极的电子传递,导致铁氰化钾的峰电流下降。 4.5肿瘤细胞在电极表面的直接固定及电化学分析 dela Escosura- Muniz等直接将B淋巴瘤细胞HMy2( HLA-DR阳性)和人前列腺癌PC-3( HLA-DR 阴性)细胞固定生长在碳涂层电极表面,发现碳涂层电极表面生长的细胞状况良好,类似于其在塑料培 养瓶中的状态。通过aDR抗体和细胞表面表达的HLA-DR分子之间的免疫反应,依据金纳米颗粒的催 化信号, HLA-DR阳性的HMy2细胞可以轻易与阴性对照细胞PC-3区分开来。E-Said等例将Hela细 胞直接固定在金膜覆盖的硅基底上并基于此对抗肿瘤药物(羟基脲和环磷酰胺)的生物毒性进行分析。 研究表明,固定在金表面的Hela细胞可以展现出一个良好的准可逆循环伏安响应,且峰电流随着细胞 浓度的增加呈线性增长,但此电化学响应会随着肿瘤药物浓度增加而降低。 4.6肿瘤细胞代谢的电化学分析 以前列腺癌细胞PC-3为模型,wu等研究表明,多壁碳纳米管修饰的玻碳电极在含有PC-3细胞 悬浮液中得到的伏安响应是来源于细胞分解代谢鸟嘌呤核苷酸和黄嘌呤核苷酸的产物黄嘌呤和鸟嘌呤 碱基。细胞分泌的时间越长,鸟嘌呤和黄嘌呤的峰电流值越高。同时,通过热失活的方法可以促进细胞 内的黄嘌呤和鸟嘌呤释放至细胞外环境中从而提高鸟嘌呤和黄嘌呤的检岀信号。 Bareket等利用甲 醛脱氢酶和碳纳米管修饰的碳涂层电极构建了灵敏的甲醛电化学传感器,用于丁酸类药物在人恶性胶质 瘤U251内代谢的检测,结果表明,细胞内药物代谢的产物甲醛可以通过扩散作用释放至细胞外环境 5结论与展望 近年来,随着界面修饰技术、纳米技术以及分子识别技术的发展和完善,生物电分析化学的研究也 不再局限于单纯的蛋白质或者活性小分子的研究,更注重于宏观的细胞器,甚至细胞的研究。在今后一 段时间内,细胞的电分析化学研究将有可能集中在以下几个方面开展:(1)发展有效的电化学分析技术 手段,实时监控细胞体内的电子传递过程,揭示生命活动的奥秘;(2)完善电极界面的修饰技术,提高电 极界面的生物相容性,实现更多种类细胞在电极界面的固定并稳定维护细胞活性,便于细胞动态电化学 的体外研究以及药物筛选和药物细胞毒性分析;(3)依托分子识别技术的发展,提高细胞检测的灵敏度 和准确度,实现临床样本中肿瘤细胞早期快速灵敏的检测以及各种疾病的有效诊断;(4)基于纳米材料 在界面修饰以及信号放大的优势,构建高稳定、小型化、便携化、经济化的商品化细胞传感器满足临床实 时监测的需求。总之,细胞的电分析化学研究必将成为生命分析科学的一个更加热门的研究领域,为生 物电分析化学的发展做出贡献,并且为保障人类生命健康提供有力的实验基础和技术支持 References 1 GAO Ti-Yu, FENG Jun, CI Yun-Xiang. Prog. Chem., 1998, 10(3): 305-311 高体玉,冯军,慈云祥,化学进展,1998,10(3):305~311 2 Wang j.Chem.Rev,,2008,108(2):814~825 3 Zhao J, Meng WY, Miao P, Yu G, Li Gx. Int. J. Mol. Sci., 2008, 9(2):145-153着抗肿瘤药物 5-氟尿嘧啶的加入,肿瘤细胞的生长被抑制,此峰电流下降。Zhong 等[54]采用 3-氨基苯硼 酸功能化的多壁碳纳米管修饰电极非常有效地检测了细胞。实验表明,碳纳米管提供了更为丰富的位 点结合氨基苯硼酸,以助于提高检测的灵敏性;同时,其高效的电子传导性使电化学检测更为方便。 Gu 等[55]将金纳米颗粒组装在聚苯乙烯和聚乙烯合成的核壳结构纳米复合物表面用以电极界面的修饰。 当急性粒细胞白血病细胞 HL-60 结合到电极表面后,电极表面的阻抗值和细胞浓度的对数值在 1.6× 10 3~1.6×10 8 cell/mL 浓度范围内呈线性关系,检出限为 7.3×10 2 cell/mL。利用功能化石墨烯和适配体 AS1411,Feng 等[56]发展了一种可以重复使用的电化学传感器进行无需标记的肿瘤细胞检测。研究表 明,功能化的石墨烯表面具有良好的生物相容性,很好地维护了肿瘤细胞的生物活性。Liu 等[57]将叶酸 功能化的金纳米颗粒修饰在金电极表面,构建了一种检测叶酸受体阳性肿瘤细胞的电化学方法。当表 面过量表达叶酸受体的肿瘤细胞(如卵巢癌细胞和人宫颈癌细胞)与金纳米颗粒表面的叶酸分子结合 后,会阻碍铁氰化钾和电极的电子传递,导致铁氰化钾的峰电流下降。 4.5 肿瘤细胞在电极表面的直接固定及电化学分析 dela Escosura-Muñiz 等[58]直接将 B 淋巴瘤细胞 HMy2 (HLA-DR 阳性)和人前列腺癌 PC-3(HLA-DR 阴性)细胞固定生长在碳涂层电极表面,发现碳涂层电极表面生长的细胞状况良好,类似于其在塑料培 养瓶中的状态。通过αDR 抗体和细胞表面表达的 HLA-DR 分子之间的免疫反应,依据金纳米颗粒的催 化信号,HLA-DR 阳性的 HMy2 细胞可以轻易与阴性对照细胞 PC-3 区分开来。E-l Said 等[59] 将 Hela 细 胞直接固定在金膜覆盖的硅基底上并基于此对抗肿瘤药物(羟基脲和环磷酰胺)的生物毒性进行分析。 研究表明,固定在金表面的 Hela 细胞可以展现出一个良好的准可逆循环伏安响应,且峰电流随着细胞 浓度的增加呈线性增长,但此电化学响应会随着肿瘤药物浓度增加而降低。 4.6 肿瘤细胞代谢的电化学分析 以前列腺癌细胞 PC-3 为模型,Wu 等[60]研究表明,多壁碳纳米管修饰的玻碳电极在含有 PC-3 细胞 悬浮液中得到的伏安响应是来源于细胞分解代谢鸟嘌呤核苷酸和黄嘌呤核苷酸的产物黄嘌呤和鸟嘌呤 碱基。细胞分泌的时间越长,鸟嘌呤和黄嘌呤的峰电流值越高。同时,通过热失活的方法可以促进细胞 内的黄嘌呤和鸟嘌呤释放至细胞外环境中从而提高鸟嘌呤和黄嘌呤的检出信号[61]。Bareket 等[62]利用甲 醛脱氢酶和碳纳米管修饰的碳涂层电极构建了灵敏的甲醛电化学传感器,用于丁酸类药物在人恶性胶质 瘤 U251 内代谢的检测,结果表明,细胞内药物代谢的产物甲醛可以通过扩散作用释放至细胞外环境。 5 结论与展望 近年来,随着界面修饰技术、纳米技术以及分子识别技术的发展和完善,生物电分析化学的研究也 不再局限于单纯的蛋白质或者活性小分子的研究,更注重于宏观的细胞器,甚至细胞的研究。在今后一 段时间内,细胞的电分析化学研究将有可能集中在以下几个方面开展:(1)发展有效的电化学分析技术 手段,实时监控细胞体内的电子传递过程,揭示生命活动的奥秘;(2)完善电极界面的修饰技术,提高电 极界面的生物相容性,实现更多种类细胞在电极界面的固定并稳定维护细胞活性,便于细胞动态电化学 的体外研究以及药物筛选和药物细胞毒性分析;(3)依托分子识别技术的发展,提高细胞检测的灵敏度 和准确度,实现临床样本中肿瘤细胞早期快速灵敏的检测以及各种疾病的有效诊断;(4)基于纳米材料 在界面修饰以及信号放大的优势,构建高稳定、小型化、便携化、经济化的商品化细胞传感器满足临床实 时监测的需求。总之,细胞的电分析化学研究必将成为生命分析科学的一个更加热门的研究领域,为生 物电分析化学的发展做出贡献,并且为保障人类生命健康提供有力的实验基础和技术支持。 References 1 GAOTi-Yu,FENGJun,CIYun-Xiang.Prog.Chem.,1998,10(3):305~311 高体玉,冯 军,慈云祥.化学进展,1998,10(3):305~311 2 WangJ.Chem.Rev.,2008,108(2):814~825 3 ZhaoJ,MengW Y,MiaoP,YuZG,LiGX.Int.J.Mol.Sci.,2008,9(2):145~153 第期 赵 婧等: 细胞电化学分析的研究进展