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  離體細胞治療主要包括細胞轉染和效力測試。細胞轉染常用技術依賴于病毒載體，其過程具有高度隨機性，通常會導致炎癥反應或細胞死亡。目前基于qRT-PCR、NGS、流式細胞術和基因微陣列芯片對轉染細胞的效力測試涉及多個步驟，包括細胞培養、核酸提取、核酸擴增、熒光標記和數據分析等，需要幾天時間完成整個過程。為了克服傳統方法的缺陷，迫切需要開發能夠準確地將治療藥物輸送到單個活細胞并即時分析核酸表達以評估細胞治療的平臺。

  外泌體是介導細胞間通訊的微小囊泡，其包含來自原始細胞的諸多成分，如 DNA、RNA、脂質、代謝物，以及細胞溶質和細胞表面蛋白等。最近，外泌體信使 RNA (mRNA) 和 小分子RNA (miRNA) 作為疾病和反映原始細胞狀態的生物標志物亦引起了廣泛關注。

  在本工作中，華南師范大學生物光子學研究院胡家銘研究員、華南理工大學生物科學與工程學院朱偉教授和北京航空航天大學生物與醫學工程學院常凌乾教授共同設計研發了活細胞納米轉染和外泌體RNA分析一體化納米芯片（圖1），稱為“細胞納米孔和外泌體評估裝置（CEAD）”，其能夠在單細胞水平上實現精確劑量的藥物遞送和細胞治療的實時評估，用于細胞快速轉染和重編程、藥物篩選和治療質量控制。

圖 1. 活細胞納米轉染和外泌體RNA分析一體化納米芯片原理及示意圖。

  miRNA 失調是許多癌癥發病的原因，通過 anti-miRNA 調節 miRNA 的表達為癌癥細胞療法提供機會。與對照組相比，用anti-miR-17轉染的Hep3B肝癌細胞分泌的外泌體中miR-17、BTG3和TGFBR2 mRNA的表達由“癌癥”轉向“正常”（圖2）。隨后，以外泌體中miR-21、miR-155和EGFR mRNA的表達情況作為A549肺癌細胞治療評價的指標，研究了該芯片遞送化學藥物和基因表達分析的性能。當轉染包裹DOX的納米粒進入A549 細胞，miR-21、miR-155 和 EGFR mRNA 的表達被抑制并降低（圖3）。上述結果表明，該芯片可以將精確劑量的基因藥物和化療藥物輸送到活細胞中，并通過分析外泌體內部RNA對癌癥的治療劑型和劑量進行選擇和評估，且細胞轉染和 RNA 表達分析在一個微型芯片上、4小時內完成，而傳統的病毒轉染和基因分析檢測需要幾天才能完成。該芯片還可用來監測外泌體中 RNA 表達隨時間的變化情況，通過即時監測，選擇更有效的治療方案（圖4）。

  以上相關成果以“Living Cell Nanoporation and Exosomal RNA Analysis Platform for Real-Time Assessing Cellular Therapies”為題發表于《Journal of the American Chemical Society 》上，該論文第一作者為華南師范大學盛燕博士、張騰化博士和廣東省人民醫院黃澤娜博士，通訊作者為華南師范大學生物光子學研究院胡家銘研究員、華南理工大學生物科學與工程學院朱偉教授和北京航空航天大學生物與醫學工程學院常凌乾教授。該研究得到了國家自然科學基金等項目支持。