FI-SECM联用技术研究β淀粉样蛋白与HeLa细胞的相互作用

Cancer and Alzheimer's disease (AD) between which there is a very important "reverse correlation" are two major diseases that threaten human's life. To study the interaction between beta-amyloid proteins (Aβ, which is in close relationship with AD) and cancer cells will help us to understand the relationship between cancer and AD in depth.This project intends to study the affect of Aβ to the respiration and morphology of HeLa cells through flow injection-scanning electrochemical microscopy (FI-SECM) technology. In this project, flow injection-ultramicroelectrode (FI-UME) is fabricated based on the laser-drawn capillary electrode as a substrate with the aid of vacuum sputtering and electrochemical partial insulation sealing techniques. HeLa cells are immobilized through the agar gel embedding method. Aβ proteins of different aggregation degree are prepared by changing the monomer aggregation time under physiological conditions. Aβ aggregates are injected into different micro-areas of the surface of HeLa cells through FI-UME to study the interaction. Ultimately, a sampleless, in situ, dynamic and on-site techique will be established to study the interaction between proteins and cells, which will be of great significance to biomedical field and the development of novel analytical instruments.

癌症与阿尔茨海默病(AD)均是威胁人类生命的重大疾病，两者之间存在十分重要的"反向关联性"。研究与AD密切相关的β-淀粉样蛋白（Aβ）与癌细胞的相互作用，将有助于人们深入理解癌症与AD之间的相互关系。本项目拟采用流动注射-扫描电化学显微镜（FI-SECM）联用技术研究Aβ对HeLa细胞的呼吸作用及形貌的影响。本工作以激光拉制的毛细管电极为基材，利用真空溅射镀膜技术和电化学局部绝缘封闭技术自行制备流动注射-超微电极（FI-UME），利用琼脂凝胶包埋法固定HeLa细胞，在生理条件下通过改变Aβ单体的聚集时间获得不同聚集程度的Aβ蛋白，通过FI-UME将Aβ聚集体分微区引入HeLa细胞表面并与之作用，建立用样量少、原位、动态和现场检测蛋白与细胞相互作用研究的新方法。该工作的开展对于生物医学、新型分析仪器开发均具重要意义。

癌症与阿尔茨海默病(AD)均是威胁人类生命的重大疾病，两者之间存在十分重要的“反向关联性”。研究与AD密切相关的β-淀粉样蛋白（Aβ）与癌细胞的相互作用，将有助于人们深入理解癌症与AD 之间的相互关系。本项目以激光拉制的毛细管电极为基材，利用真空溅射镀膜技术和电化学局部绝缘封闭技术自行制备FI-UME，评价其流动注射特性、形貌扫描特性以及循环伏安等电化学特性，在保证重复性的基础上，探索了批量制备的新方法。随后项目组又优化了SECM扫描HeLa细胞的条件。并探索了反馈、收集等SECM检测模式对HeLa细胞自身以及加入Aβ后的成像影响，并优化检测参数，达到理想的成像效果。最后，项目组利用自制的FI-UME配合流动注射泵和六通阀在SECM仪器上实时、动态地研究不同聚集程度的Aβ对HeLa细胞呼吸作用的影响，同时对包含有多个不同反应微区的电极表面进行SECM成像研究。研究结果表明，Aβ寡聚体会与HeLa细胞相互作用并引起HeLa细胞的凋亡，而Aβ纤维虽同样吸附在HeLa细胞表面但不会诱导HeLa细胞的凋亡，说明类似Aβ寡聚体对神经元细胞的损害作用同样会发生在肿瘤细胞上，进而为癌症和AD之间的“反向关联性”提供了一定的实验依据。本项目主要针对HeLa细胞与Aβ作用前后的形貌变化进行了研究，受FI-UME的尺寸和探针距基底HeLa细胞距离的影响，FI-SECM的成像分辨率无法观察到与HeLa细胞作用后Aβ聚集体的形貌变化；而AFM等离线形貌分析方案又受Aβ寡聚体在基底HeLa细胞表面吸附作用的影响难以获得作用后的样品，故本项目的后续工作需辅助同时具有纳米级纤维探针和流动注射探针的双功能流动注射超微电极（Nano-FI-dual-UME）即可实现与HeLa细胞作用后Aβ聚集体形貌变化的实时在线检测。在完成上述研究内容的同时，项目组还针对Aβ1-40寡聚体、生物小分子、药物分子及重金属离子等构建了不同类型的传感器件，并进行了快速、灵敏高、选择性的分析检测，结果令人满意。