乳腺癌是一种异质性疾病，由于早期诊断和治疗手段的缺乏，已成为全球女性发病率和死亡率第一的疾病。miRNA在基因表达调控过程中发挥着重要作用，进而影响下游蛋白的表达以及疾病的发生，然而miRNA的小体积、低浓度、易降解等问题为其检测带来了巨大的挑战。
外泌体是具有磷脂双分子层的细胞外囊泡，广泛存在于人体体液中，外泌体内的miRNA由于细胞膜的保护作用，避免其受到体液中酶的干扰，可以稳定存在，因此外泌体miRNA检测在乳腺癌诊断领域意义重大。然而目前的外泌体分离与检测方法存在着仪器复杂、回收率低、检测灵敏度低等问题，难以实现单装置的外泌体分离与检测，限制了外泌体多靶标miRNA检测在临床诊断中的应用。
清华大学深圳国际研究生院高丹副研究员团队在Talanta杂志上发表了题为“A microfluidic-based chemiluminescence biosensor for sensitive multiplex detection of exosomal microRNAs based on hybridization chain reaction”的论文，主要介绍了一种微流控化学发光分析方法用于乳腺癌外泌体多靶标miRNA的检测，可以更加高灵敏度、更准确的分析不同类型外泌体miRNA，在癌症诊断和分期监测中具有潜在的应用价值。文章第一作者为彭洁，通讯作者为高丹副研究员和深圳市人民医院甲乳外科胡泓副主任医师。
乳腺癌的外泌体含有许多可能在肿瘤进展中起主导作用的miRNA，由乳腺癌细胞分泌的外泌体miRNA广泛参与了乳腺癌肿瘤微环境的形成以及肿瘤的发生和耐药性的发展，因此外泌体miRNA在乳腺癌诊断和预后评估方面具有广阔的应用前景。然而，外泌体的小体积限制了其进一步应用，常规的外泌体分离与检测手段存在着诸多缺陷，无法满足其临床检测需求。
因此，该研究开发了一种集外泌体分离与检测于一体的微流控化学发光（CL）分析方法，用于外泌体多种miRNA标记物的同时检测，如图1所示。该微流控装置包含三个部分：用于混合化学发光试剂的蛇形通道、修饰有CD63蛋白适配体的船形通道用于捕获外泌体，以及另外两个平行船形通道用于杂交链反应（HCR）放大和CL检测。
图1 微流控化学发光法检测外泌体miRNA多种标志物的示意图
为了满足低丰度miRNA检测的需求，研究者开发了多级信号放大的策略，首先通过在芯片中设计Y型阵列结构以增大微流控通道的表面积，从而提高了外泌体和miRNA的捕获效率。其次，通过HCR反应，目标miRNA与生物素标记的发夹探针杂交，触发HCR反应，产生大量的双链DNA产物，从而实现信号放大。最后，利用poly-HRP催化化学发光底物（鲁米诺和过氧化氢）产生化学发光信号，poly-HRP的高催化活性进一步放大了化学发光信号，提高了检测灵敏度。使用这种多信号放大方法，该微流控CL生物传感器实现了miRNA的检测限为0.49 fM，线性范围为1 fM-10 pM。此外，该方法对目标miRNA表现出良好的特异性和选择性，如图2所示。
图2 微流控化学发光法检测外泌体miRNA的可行性和性能分析
最后在最优化的条件下，对九组乳腺癌患者和六组健康志愿者的血清样本进行检测，发现乳腺癌患者血浆样本中来源于外泌体的miR-21和miR-155的表达水平显著高于健康志愿者。结果显示该方法能够有效区分乳腺癌患者和健康个体，具有潜在的临床诊断价值。
https://doi.org/10.1016/j.talanta.2024.126838
