Nat Protoc:开发出区分性免疫捕获芯片定量检测白细胞

2016年3月14日/在一项新的研究中,来自美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员开发出一种高度灵敏度的基于区分性免疫捕获(differential immuno-capture)技术的生物传感器,它能够检测白细胞亚群。作为一种一次性使用的小型生物芯片的一部分,这种微流体生物传感器能够在现场快速地和准确地对CD4+/CD8+ T细胞进行计数,以便用于HIV/AIDS诊断。相关研究结果于2016年3月10日在线发表在Nature Protocols期刊上,论文标题为“Microfluidic differential immunocapture biochip for specific leukocyte counting”。

这项研究是对研究人员早前发表在Science Translational Medicine期刊上的一项研究(论文标题为“Microfluidic CD4+ and CD8+ T Lymphocyte Counters for Point-of-Care HIV Diagnostics Using Whole Blood”,04 Dec 2013, doi: 10.1126/scitranslmed.3006870)的后续研究。

论文通信作者、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校生物工程系主任Rashid Bashir教授解释道,“全世界有3400万人感染上HIV/AIDS,而且很多感染病例发生于缺乏检测能力的地方。”

Bashir说,“HIV/AIDS的一个重要的诊断性生物标记物就是全血中的CD4+和CD8+ T细胞的绝对数量。当前的诊断工具—流式细胞仪—比较昂贵,需要大量的血液和经过专业训练的技术人员来操作。我们开发出一种基于区分性免疫捕获电学细胞计数(differential immuno-capture electrical cell counting)技术的微流体生物传感器,它仅需10微升血液就可在20分钟内对特异性的细胞进行计数。”(一滴血大约为50微升。)

在人血液中,45%是细胞。在每微升血液中,红细胞大约有500万个,而白细胞仅仅有7000个左右。诸如CD4+ T细胞之类的特异性白细胞在每微升血液中大约有50~1000个细胞。电学细胞技术能够基于细胞尺寸大小和依赖于测量信号频率的细胞膜性质来区分细胞。然而,区分相同形状的细胞是一大挑战。

论文第一作者、Bashir团队博士后研究员Umer Hassan说,“比如,CD4+ T细胞和CD4- T细胞不能仅仅根据电学测量加以区分。”

Hassan补充道,“为了应对这项挑战,我们已开发出一种选择性地剔除靶白细胞的技术。我们的生物芯片接受全血注入,而不需要在芯片外进行样品制备,这也有效地降低检测时间。”

除了含有这种微流体“捕获腔室(capture chamber)”之外,这种新的芯片将裂解试剂和淬灭缓冲液(quenching buffer)各自的入口整合在一起,这样就可利用微制造电极对保存的白细胞进行计数。诸如CD4+ T细胞之类的特异性白细胞可通过与腔室中的抗体相互作用而被捕获;第二个细胞计数器对残留的白细胞重新计数。这两种细胞计数值之间的差值就可给出被捕获的细胞浓度。

在临床试验中,这种区分性免疫捕获生物芯片与细胞计数仪在对HIV感染血液样品中的CD4+ T细胞和CD8+ T细胞进行计数时的相关性达到90%以上。这种生物芯片也可经过改造而能够对诸如体细胞或来自组织或液体活组织的细胞之类的特定细胞类型进行计数。

这种新的生物传感器有潜力成为一种自动化的便携式血细胞计数仪以便有可能在全世界资源有限的区域进行POCT检测。Bashir团队正在将这种仪器小型化,以便使得它成为一种手持式设备,而且他们同时也在设计一种能够大规模产生的盒体(cartridge)。

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