人們所處的日常生活環境無時無刻不暴露在電離輻射中，特別是一些特殊的環境，如醫學上的CT診斷、放射性同位素試劑、放射性治療等。電離輻射可能對人體健康造成不可逆的傷害，尤其對于接受放射治療的病人，過度暴露于高能粒子（如γ射線）會對健康器官和細胞造成損傷。定量研究顯示，增加1Gy的累積輻射會使患白血病的風險因素增加3倍。因此，能夠靈敏地檢測低輻射劑量以量化其損傷十分重要。 近日，北京航空航天大學常凌乾課題組在 Biosensors＆Bioelectrnics 期刊上發表了 題為：Sensitive, rapid detection of NCOA4-m6A towards precisely quantifying radiation dosage on a Cas13a-Microdroplet platform 的研究論文。 該研究設計了一種用于電離輻射定量的微液滴生物芯片系統，該平臺能夠在高度靈敏、快速地檢測人體內電離輻射的劑量。

該技術通過檢測人外周血單核細胞內一種特定基因上的RNA甲基化：NCOA4-m6A。NCOA4-m6A含量的增加與電離輻射劑量正相關，是一種表觀遺傳學層面的生物標志物。該Cas13a-微液滴芯片平臺產生均勻的微液滴，每個液滴中包裹含有m6A的基因和CRISPR/Cas13a檢測系統。其中Cas13a識別NCOA4序列并進一步切割熒光報告分子，在20分鐘內產生放大的熒光信號，通過陽性液滴個數的比例即可直觀定量。此外，該平臺在10分鐘內分割成約200000個水油混合的微液滴，使反應體積在從微升減小到皮升，從而在更低靶標濃度下實現高度靈敏的定量（圖1）。

圖1. Cas13a微液滴平臺通過檢測NCOA4-m6A水平來確定輻射劑量的原理示意圖

Cas13a-微液滴芯片平臺的靈敏度和快速反應在小鼠模型和臨床患者樣本中都得到了證明。研究團隊收集了10例接受放療的患者的血液樣本，在不同階段采集樣本，例如在放療前（0 Gy）和每個療程后（累積劑量，10 Gy、20 Gy、30 Gy、40 Gy、50 Gy）。 Cas13a-微液滴芯片平臺的定量分析顯示，盡管患者中NCOA4-m6A的初始水平不同，但每位患者自身NCOA4-m6A水平都隨著累積輻射劑量的增加而增加。此外，在10Gy至50Gy的累積輻射劑量范圍內，Cas13a-微液滴芯片平臺檢測NCOA4-m6A的靈敏度幾乎是MeRIP-qPCR的兩倍。Cas13a-微液滴芯片平臺由此展現出輻射劑量監測和個性化輻射損傷判斷的潛力。

圖2. 臨床放射治療樣本中輻射劑量的鑒定

北京航空航天大學常凌乾教授、軍事科學院軍事醫學研究院周鋼橋教授、北航董再再助理教授為論文共同通訊作者。北航碩士生靳致遠、博士生杭欣欣、軍科院博士研究生趙曦和軍科院副研究員盧一鳴為論文共同第一作者。北京航空航天大學生物與醫學工程學院和生物醫學工程高精尖創新中心為論文第一單位。

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