Analytica Chimica Acta | 液态活检福音？能够从血液中高效提取和纯化小于200bp cfDNA的新型微流控装置

风云

在对抗癌症的战争中，治疗的第一步是对问题的准确诊断，一种有助于规划更好的治疗方案的技术是活检。
近年来，液态活检能够通过血液或其他体液而不是固体组织来检测疾病，由于其非侵入性和直接的性质，已经比外科活检更受欢迎。
液态活检主要针对一种叫做「游离DNA」（cfDNA）的分子标记物，它提供了样本中存在致病DNA的信息。
为了能够进行下一步的分析，cfDNA必须被提取和纯化，由于其丰度较低，这是一项具有挑战性的任务。
一种称为「固相萃取」的cfDNA纯化方法是提取和纯化的金标准，它依赖于DNA对固相的亲和力。然而，这种方法不能对小于200个碱基对（bp）的DNA片段进行提取和纯化，但这是DNA的基本单位。
为什么对较小片段的灵敏度是必要的呢？
有文献报道，循环肿瘤DNA（ctDNA）或致病性DNA通常比cfDNA小。因此，对小于200bp的DNA片段的灵敏度可以更好地检测疾病。
一些比较新的技术，如液相萃取（LPE）、同位素萃取（ITP）和电动力学捕集DNA可以促进这种与尺寸无关的提取和纯化。然而，LPE是一种劳动密集型试验，而且非常耗时。
尽管ITP和电动捕集在提供快速和自动提取和检测病原体DNA（如结核杆菌（MTB））方面有很好的能力，但在选择性纯化短cfDNA片段方面还没有开始研究。
现在，在最近发表在Analytica Chimica Acta上的一项研究中，来自日本和美国的研究人员展示了一种新型的提取系统，它结合了ITP和电动力学捕获的优势。
在日本Shibaura Institute of Technology（SIT）的Nobuyuki Futai教授的领导下，该团队设计了一个开放的微流控系统，使用瞬时ITP来检测人类血浆样品中的结核杆菌。
这个毫米级微流控装置由可移动的凝胶门组成，可以精确提取不同的物种。它使用ITP进行DNA纯化，纯化的DNA会被凝胶条富集，并且可以轻松的用于后续PCR检测。
为了测试该装置的性能，研发团队使用该装置从加注的人类血浆中纯化和富集MTB基因组DNA片段。该微流控装置显示了高回收率、精确分离和对100-200bp的cfDNA片段的高灵敏度。
它还能纯化MTB DNA以进一步进行qPCR分析。对其分离能力的进一步调查显示，用蛋白酶K处理血浆会产生血浆肽。这些肽起到了内源性间隔分子的作用，提高了提取方法的分辨率。
这项可重构开放式微流控设备为PCR和深度测序等分析技术创建了一个多功能的样品制备平台。研发团队认为，他们的发现可用于开发先进的纯化系统，用于从血浆或血清中回收核酸。
大多数液态活检样品制备技术在DNA纯化过程中会使用标记染料，这往往会导致污染和qPCR信号水平的下降。
但在该设备当中不存在这个问题，活动门设计所产生的特定化学和筛分效果不仅确保了纯化DNA的出色回收，而且还消除了对标记染料的需求。这将使人们能够从少量的血样中准确诊断疾病和感染。
令人期待！
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参考文献

Futai N, Fukazawa Y, Kashiwagi T, et al. A modular and reconfigurable open-channel gated device for the electrokinetic extraction of cell-free DNA assays. Anal. Chim. Acta. 2022:339435. doi: 10.1016/j.aca.2022.339435

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