《分析化学》利用水凝胶LAMP实现快速平行单细胞原位HPV检测

注：文末有研究团队简介及本文科研思路分析

由于90%以上的宫颈癌与高危型人乳头瘤病毒（HPV）持续感染密切相关，因此HPV感染筛查就成为了宫颈癌筛查的重要手段之一。但是现有技术存在两个不容忽视的缺点：（1）检测过程复杂，基层医院无法日常开展。（2）检测时间长，检测结果不能立等可取。无法日常开展，不能立等可取的检验结果意味着患者需要隔日复诊。在条件有限、就医不便的地区，这些缺点会显著降低患者的就医意愿，从而降低宫颈癌筛查率。因此，发展一种成本低廉、操作简单、结果立等可取的高灵敏HPV DNA检测方法是提高我国条件落后地区宫颈癌筛查率，降低宫颈癌死亡率的重要手段之一。

针对这一现实问题，华中科技大学协和深圳医院王纪东副研究员与深圳大学陈雯雯副教授研究团队报道了水凝胶单细胞核酸分析相关成果，用于快速单细胞HPV感染原位检测。相关论文发表在国际分析化学权威杂志Analytical Chemistry上。

利用水凝胶的高分子网络限制核酸提取过程中核酸分子的自由扩散，将其始终局限在细胞核位置上，从而保持局部的高浓度核酸，有利于核酸扩增反应的发生。同时，由于水凝胶90%以上的成分是水，用于核酸扩增的dNTP、镁离子、酶等物质可以在水凝胶中自由扩散，不会影响反应速度。扩增后的荧光标记长链核酸扩增产物被限域在水凝胶网络中，在LED灯下用手机拍照，结合小程序，就可以实现检测结果的快速判读（图1）。该方法检测速度快，操作简单，对人员、环境、设备的要求低，有望在条件有限的农村和偏远地区实现立等可取的HPV感染检测。

图1. 水凝胶LAMP 单细胞HPV检测示意图。图片来源：Anal. Chem.

Rapid In Situ Hydrogel LAMP for On-Site Large-Scale Parallel Single-Cell HPV Detection

Jidong Wang*, Gaoxing Jing, Wenxuan Huang, Luhua Xin, Jihui Du, Xiaoqing Cai, Ying Xu, Xi Lu, and Wenwen Chen*

Anal. Chem. ,2022, DOI: 10.1021/acs.analchem.2c04701

王纪东博士简介

王纪东，华中科技大学协和深圳医院副研究员。研究领域包含基于微纳技术的体外诊断新方法研究以及肿瘤早筛研究，以第一/通讯作者在相关领域发表SCI论文10余篇，包括 ACS Nano, Anal. Chem., Biosens. Bioelectron., Clin. Chem.等。

陈雯雯博士简介

陈雯雯，深圳大学医学部生物医学工程学院副教授。科研兴趣集中在功能材料/技术在体外诊断新方法建立中的应用，以第一/通讯作者发表论文近30篇，其中包括 Angew. Chem. Int. Ed.，Adv. Mater.，ACS Nano, Anal. Chem.等。课题组长期招聘有共同研究兴趣的博士后人员开展应用基础研究和技术转化。

https://www.x-mol.com/university/faculty/21350

科研思路分析

Q：尝试该课题的想法是如何产生的？

A：低拷贝数的HPV DNA需要经过很长时间的杂交或者扩增才能检出，这是由两方面的因素造成的：（一）分子碰撞概率：在试管中，低浓度的HPV DNA要移动很长的距离，经过很长的时间，才能有足够的概率与固定的探针、抗体或者引物碰撞并发生反应。因此，如果无法提高分子的碰撞概率，就不能从根本上提高检测速度。（二）信号分子的自由扩散：在试管中，低浓度靶标分子产生的少量信号分子会自由扩散到整个反应体系中，因此需要长时间反应累积报告分子，检测器才能将真实信号从背景信号分辨出来。因此，如果无法快速提高信号分子的浓度，也就无法实现快速检测。

水凝胶是由亲水聚合物交联形成的一类不溶于水的凝胶材料。聚合物水溶液在交联后会形成具有多孔结构的水凝胶。通过调节聚合物的分子量、交联基团、成胶条件等参数，可以调控孔径大小和凝胶的理化性质。如若将水凝胶作为核酸扩增的介质，离子和酶可以在这种多孔结构中自由扩散，而柔性的核酸分子及扩增后的长链核酸会被限域在多孔结构中。因此，课题组设想利用水凝胶材料结合环介导等温扩增（LAMP）等温扩增技术实现免提取的超快速宫颈脱落细胞的单细胞HPV DNA检测。

来源：X-MOL资讯