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基于透明质酸（hyaluronic acid, HA）的无标记电化学阻抗分析法用于癌细胞定量及CD44表达检测的研究报告

作者及发表信息
本研究由遵义医科大学药学院的Yaping Zhou*、Yao Wan、Ming Yu、Xiaoyan Yuan及Chengjiang Zhang合作完成，发表于*Microchemical Journal*（2021年，卷160，文章编号105622），2020年10月14日在线发布。

学术背景
癌症的早期诊断和转移监测是临床医学的重大挑战。当前癌细胞检测方法（如成像、流式细胞术等）存在操作复杂、设备昂贵等问题。电化学阻抗谱（electrochemical impedance spectroscopy, EIS）因其无标记、高灵敏的特性被广泛应用于生物分析，但传统基于抗体识别的阻抗传感器成本高且稳定性差。本研究聚焦于配体-受体相互作用（ligand-receptor interaction），利用透明质酸（HA）与CD44受体的高亲和性，开发了一种新型无标记EIS传感器，用于癌细胞定量及CD44表达水平分析。CD44是一种与癌症转移密切相关的细胞表面标志物，其表达水平可预测肿瘤侵袭性。

研究流程
1. HA-BSA-GNPs纳米复合物的制备
- 步骤1：金纳米颗粒（GNPs）合成：采用柠檬酸钠还原法制备直径约80 nm的GNPs。
- 步骤2：BSA修饰GNPs（BSA-GNPs）：将牛血清白蛋白（BSA）与GNPs孵育8小时，通过离心纯化，获得直径约100 nm的BSA-GNPs。
- 步骤3：HA-BSA-GNPs复合物构建：通过EDC/NHS化学交联法将HA偶联至BSA-GNPs表面，形成直径约120 nm的纳米复合物，并通过FT-IR、UV-Vis、Zeta电位及透射电镜（TEM）验证其成功合成。

1. 电化学传感器构建与细胞捕获

   • 电极修饰：将HA-BSA-GNPs滴涂至玻碳电极（GCE）表面，形成HA-BSA-GNPs/GCE修饰电极。
     
   • 细胞孵育：将不同浓度（2.0×10²至3.0×10⁵ cells/mL）的MDA-MB-231（高CD44表达）、HCT116（低CD44表达）及L02（正常肝细胞）细胞悬液与修饰电极孵育2小时，利用HA-CD44结合捕获细胞。
     

2. 电化学阻抗谱（EIS）检测

   • 测量条件：在含铁氰化钾探针的PBS（pH 7.4）中，记录频率范围10⁻¹–10⁵ Hz的阻抗谱，通过Nyquist图中高频区半圆直径变化量化电子转移电阻（Ret）的变化（ΔRet）。
     

3. CD44表达分析

   • 通过比较不同细胞系的ΔRet值评估CD44表达差异，并结合光学显微镜观察细胞捕获数量验证结果。
     

主要结果
1. 纳米复合物表征：FT-IR显示HA成功偶联（1541 cm⁻¹氨基峰消失）；UV-Vis证实HA特征吸收峰（258 nm）；Zeta电位从GNPs的-45.42 mV降至HA-BSA-GNPs的-51.13 mV，表明羧基引入。
2. 细胞捕获效率：HA-BSA-GNPs/GCE对MDA-MB-231细胞的ΔRet值显著高于HCT116和L02（p<0.05），显微镜下可见更多MDA-MB-231细胞附着。
3. 定量检测性能：ΔRet与细胞浓度对数（lg Ccell）呈线性关系（R²=0.9941），检测限为128 cells/mL（MDA-MB-231）。
4. CD44表达差异：MDA-MB-231的ΔRet最高，提示其CD44表达水平显著高于HCT116和L02，与文献报道的转移潜能一致。

结论与价值
本研究开发了一种基于HA-CD44相互作用的无标记EIS传感器，实现了癌细胞的高灵敏定量（低至128 cells/mL）及CD44表达分析。其科学价值在于：
1. 方法学创新：首次将HA-BSA-GNPs复合物用于EIS传感器，避免了抗体依赖的高成本问题。
2. 临床意义：为癌症早期诊断和转移风险评估提供了简便、经济的工具。
3. 拓展潜力：该配体-受体识别策略可推广至其他生物标志物检测。

研究亮点
1. 高灵敏度与选择性：检测限优于多数报道的EIS传感器，且对BSA、葡萄糖等干扰物无响应。
2. 稳定性：修饰电极在4℃保存15天后性能偏差%。
3. 多学科融合：结合纳米技术、电化学及分子识别，为癌症研究提供了新思路。

其他价值
研究还验证了CD44表达水平与癌细胞转移潜能的关联，为肿瘤预后评估提供了实验依据。