离体细胞治疗主要包括细胞转染和效力测试。细胞转染常用技术依赖于病毒载体，其过程具有高度随机性，通常会导致炎症反应或细胞死亡。目前基于qRT-PCR、NGS、流式细胞术和基因微阵列芯片对转染细胞的效力测试涉及多个步骤，包括细胞培养、核酸提取、核酸扩增、荧光标记和数据分析等，需要几天时间完成整个过程。为了克服传统方法的缺陷，迫切需要开发能够准确地将治疗药物输送到单个活细胞并即时分析核酸表达以评估细胞治疗的平台。

  外泌体是介导细胞间通讯的微小囊泡，其包含来自原始细胞的诸多成分，如 DNA、RNA、脂质、代谢物，以及细胞溶质和细胞表面蛋白等。最近，外泌体信使 RNA (mRNA) 和 小分子RNA (miRNA) 作为疾病和反映原始细胞状态的生物标志物亦引起了广泛关注。

  在本工作中，华南师范大学生物光子学研究院胡家铭研究员、华南理工大学生物科学与工程学院朱伟教授和北京航空航天大学生物与医学工程学院常凌乾教授共同设计研发了活细胞纳米转染和外泌体RNA分析一体化纳米芯片（图1），称为“细胞纳米孔和外泌体评估装置（CEAD）”，其能够在单细胞水平上实现精确剂量的药物递送和细胞治疗的实时评估，用于细胞快速转染和重编程、药物筛选和治疗质量控制。

图 1. 活细胞纳米转染和外泌体RNA分析一体化纳米芯片原理及示意图。

  miRNA 失调是许多癌症发病的原因，通过 anti-miRNA 调节 miRNA 的表达为癌症细胞疗法提供机会。与对照组相比，用anti-miR-17转染的Hep3B肝癌细胞分泌的外泌体中miR-17、BTG3和TGFBR2 mRNA的表达由“癌症”转向“正常”（图2）。随后，以外泌体中miR-21、miR-155和EGFR mRNA的表达情况作为A549肺癌细胞治疗评价的指标，研究了该芯片递送化学药物和基因表达分析的性能。当转染包裹DOX的纳米粒进入A549 细胞，miR-21、miR-155 和 EGFR mRNA 的表达被抑制并降低（图3）。上述结果表明，该芯片可以将精确剂量的基因药物和化疗药物输送到活细胞中，并通过分析外泌体内部RNA对癌症的治疗剂型和剂量进行选择和评估，且细胞转染和 RNA 表达分析在一个微型芯片上、4小时内完成，而传统的病毒转染和基因分析检测需要几天才能完成。该芯片还可用来监测外泌体中 RNA 表达随时间的变化情况，通过即时监测，选择更有效的治疗方案（图4）。

  以上相关成果以“Living Cell Nanoporation and Exosomal RNA Analysis Platform for Real-Time Assessing Cellular Therapies”为题发表于《Journal of the American Chemical Society 》上，该论文第一作者为华南师范大学盛燕博士、张腾化博士和广东省人民医院黄泽娜博士，通讯作者为华南师范大学生物光子学研究院胡家铭研究员、华南理工大学生物科学与工程学院朱伟教授和北京航空航天大学生物与医学工程学院常凌乾教授。该研究得到了国家自然科学基金等项目支持。