第期 赵婧等:细胞电化学分析的研究进展 然而,当体系中加入凋亡细胞的裂解液, Caspase3识别并切割底物多肽使生物素离开电极表面从而失 格症的早期诊断是提高将症治疗成功率和病“2 去电化学响应。进一步研究发现,峰电流随 caspase3抑制剂AcDEⅤDCHO浓度增加而升高,随着抗 肿瘤药物依托泊甙( Etoposide)浓度的增加而降低。 肿瘤细胞的电化学分析 →I 癌症是当今世界上引起死亡率最高的疾病之 存活率最重要和最有效的保障之一。因此,肿瘤细 胞的检测备受关注 4.1肿瘤细胞表面多糖的电化学分析 轴 PDCNT CdTe ODs 细胞表面的糖类在癌症的发生和迁移过程中起 着重要作用,常作为肿瘤细胞检测的靶位点阿。因 此,对细胞表面糖类的电化学分析不仅有助于了解图2制备电化学信号探针以及电化学检测ca9pae3 它们在疾病发展中的作用,更有助于肿瘤的早期诊活性的示意图P 断。如图3所示,Ding等利用电极表面的甘露糖基rg2 Schematic illustration of the process for preparing 分子和肿瘤细胞表面的多糖竞争结合植物凝集素伴 lectrochemical signal probes and the electrochemical 刀豆球蛋白A(ConA),提出了一种肿瘤细胞表面多 strategy for sensing caspase-3 activity門( Reprinted with 糖分析的电化学方法。研究表明,由于表面富含 permission from The Royal Society of Chemistry 甘露糖的白血病细胞K562与电极表面的甘露糖竞 争结合溶液中量子点标记的ConA,结合到电极表面的ConA就会相对减少,因而降低了电化学信号响 应。此方法可以检测到细胞浓度低至102 cell/mL的肿瘤细胞,是高度灵敏的检测手段。Sha等凹将电 活性物质5-羟基-3-已二硫醇-1,4萘醌(JUG)和抗选择素适体共修饰在金电极表面。通过表面富含多 糖的人结肠腺癌细胞LS180与适体竞争结合选择素引起峰电流变化,此方法可以在细胞浓度为103 l0 cell/mL范围内线性检测肿瘤细胞。 Zhang等以氮掺杂的碳纳米管、硫堇和金纳米颗粒混合修饰在 电极表面吸附ConA作为第一重信号放大,以辣根过氧化物酶标记的p-糖蛋白抗体催化过氧化氢作为 第二重信号放大,实现了细胞浓度在80×102~20×10cel/mnL范围内线性检测Hela细胞,并测得一个 Hela细胞相当于(4±2)×100个甘露糖基和957×102pgp-糖蛋白。通过电极表面和金纳米颗粒表面 的ConA与白血病细胞K562形成三明治结构,将细胞固定在电极表面,以金纳米颗粒表面的大量二茂 铁分子作为电化学信号分子。Ding等实现了细胞浓度在10×102~1.0×107 cell/mL范围内线性检测 肿瘤细胞,并测得一个K562细胞相当于47×10个自由的甘露糖基分子。 Cheng等即通过肿瘤细胞表 面过量表达的整合素受体与单壁碳纳米管表面修饰的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸-丝氨酸(RGDS)短肽特 异性识别将人胃癌细胞BGC-83固定在电极表面,通过辣根过氧化物酶修饰的ConA进一步与细胞表 面的甘露糖基特异性结合,并催化过氧化氢产生电化学信号,检测到细胞低至浓度620cel/mL的肿瘤细 胞四。 Zhang等甽报道了一种基于凝集素的生物传感器用于电化学分析细胞表面与肿瘤相关的糖基化 状况。研究发现,甘露糖基在肿瘤细胞和正常细胞表面均有较高的表达量,而唾液酸则在肿瘤细胞表面 表达更为丰富。 4.2基于核酸适体的肿瘤细胞电化学分析 核酸适体是经体外筛选技术 SELEX(指数富集配体系统进化)筛选出的能特异结合蛋白质或其它 小分子的寡聚核苷酸片段,基于适体研制的生物传感器已被广泛运用于生物分析中四明。近年来,随着 肿瘤标记物的核酸适体,越来越多的适体传感器被用于检测肿瘤标记物,甚至是肿瘤细胞的研究- 基于适体修饰的金电极,Pan等提出了一种无需标记的电化学生物传感器,用于白血病细胞的选择性 检测。基于白血病细胞 CCRF-CEM结合适体分子(sgc8c)固定在电极表面后引起的阻抗值变化,此方法 的检测细胞线性范围为10×104~1.0×107 cell/mL,检出限为6000 cell/mL。Ding将 Ramos细胞适体与 硫化镉纳米颗粒修饰的链接DNA共冋修饰在金纳米颗粒表面制备岀金纳米探针,同时,磁珠表面的捕然而,当体系中加入凋亡细胞的裂解液,Caspase-3 识别并切割底物多肽使生物素离开电极表面从而失 去电化学响应。进一步研究发现,峰电流随 caspase-3 抑制剂 Ac-DEVD-CHO 浓度增加而升高,随着抗 图 2 制备电化学信号探针以及电化学检测 caspase-3 活性的示意图[24] Fig.2 Schematic illustration of the process for preparing electrochemical signal probes and the electrochemical strategy for sensing caspase-3 activity [24] (Reprinted with permission from The Royal Society of Chemistry) 肿瘤药物依托泊甙(Etoposide)浓度的增加而降低。 4 肿瘤细胞的电化学分析 癌症是 当 今 世 界 上 引 起 死 亡 率 最 高 的 疾 病 之 一。癌症的早期诊断是提高癌症治疗成功率和病人 存活率最重要和最有效的保障之一。因此,肿瘤细 胞的检测备受关注[25~28]。 4.1 肿瘤细胞表面多糖的电化学分析 细胞表面的糖类在癌症的发生和迁移过程中起 着重要作用,常作为肿瘤细胞检测的靶位点[29]。因 此,对细胞表面糖类的电化学分析不仅有助于了解 它们在疾病发展中的作用,更有助于肿瘤的早期诊 断。如图 3 所示,Ding 等利用电极表面的甘露糖基 分子和肿瘤细胞表面的多糖竞争结合植物凝集素伴 刀豆球蛋白 A(Con A),提出了一种肿瘤细胞表面多 糖分析的电化学方法[30]。研究表明,由于表面富含 甘露糖的白血病细胞 K562 与电极表面的甘露糖竞 争结合溶液中量子点标记的 Con A,结合到电极表面的 Con A 就会相对减少,因而降低了电化学信号响 应。此方法可以检测到细胞浓度低至 10 2 cell/mL 的肿瘤细胞,是高度灵敏的检测手段。Shao 等[31]将电 活性物质 5-羟基-3-己二硫醇-1,4-萘醌(JUGthio)和抗选择素适体共修饰在金电极表面。通过表面富含多 糖的人结肠腺癌细胞 LS180 与适体竞争结合选择素引起峰电流变化,此方法可以在细胞浓度为 10 3 ~ 10 7 cell/mL 范围内线性检测肿瘤细胞。Zhang 等[32]以氮掺杂的碳纳米管、硫堇和金纳米颗粒混合修饰在 电极表面吸附 Con A 作为第一重信号放大,以辣根过氧化物酶标记的p-糖蛋白抗体催化过氧化氢作为 第二重信号放大,实现了细胞浓度在 8.0×10 2~2.0×10 7 cell/mL 范围内线性检测 Hela 细胞,并测得一个 Hela 细胞相当于(4±2)×10 10个甘露糖基和 9.57×10 -2 pgp-糖蛋白。通过电极表面和金纳米颗粒表面 的 Con A 与白血病细胞 K562 形成三明治结构,将细胞固定在电极表面,以金纳米颗粒表面的大量二茂 铁分子作为电化学信号分子。Ding 等[33]实现了细胞浓度在 1.0×10 2~1.0×10 7 cell/mL 范围内线性检测 肿瘤细胞,并测得一个 K562 细胞相当于 4.7×10 9 个自由的甘露糖基分子。Cheng 等[34]通过肿瘤细胞表 面过量表达的整合素受体与单壁碳纳米管表面修饰的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸-丝氨酸(RGDS)短肽特 异性识别将人胃癌细胞 BGC-823 固定在电极表面,通过辣根过氧化物酶修饰的 Con A 进一步与细胞表 面的甘露糖基特异性结合,并催化过氧化氢产生电化学信号,检测到细胞低至浓度 620cell/mL 的肿瘤细 胞[35]。Zhang 等[36]报道了一种基于凝集素的生物传感器用于电化学分析细胞表面与肿瘤相关的糖基化 状况。研究发现,甘露糖基在肿瘤细胞和正常细胞表面均有较高的表达量,而唾液酸则在肿瘤细胞表面 表达更为丰富。 4.2 基于核酸适体的肿瘤细胞电化学分析 核酸适体是经体外筛选技术 SELEX(指数富集配体系统进化)筛选出的能特异结合蛋白质或其它 小分子的寡聚核苷酸片段,基于适体研制的生物传感器已被广泛运用于生物分析中[37~40]。近年来,随着 肿瘤标记物的核酸适体,越来越多的适体传感器被用于检测肿瘤标记物,甚至是肿瘤细胞的研究[41~44]。 基于适体修饰的金电极,Pan 等[45]提出了一种无需标记的电化学生物传感器,用于白血病细胞的选择性 检测。基于白血病细胞 CCRF-CEM 结合适体分子(sgc8c)固定在电极表面后引起的阻抗值变化,此方法 的检测细胞线性范围为 1.0×10 4~1.0×10 7 cell/mL,检出限为 6000 cell/mL。Ding 将[46]Ramos 细胞适体与 硫化镉纳米颗粒修饰的链接 DNA 共同修饰在金纳米颗粒表面制备出金纳米探针,同时,磁珠表面的捕 第期 赵 婧等: 细胞电化学分析的研究进展