葡萄糖是細胞生長過程中最基本的能量來源,直接參與細胞代謝氧化生成腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)。腫瘤細胞的代謝途徑異于正常細胞,即使在氧氣充足情況下腫瘤細胞也更加傾向于通過糖酵解途徑代謝,造成了腫瘤細胞大量消耗周邊環(huán)境中的葡萄糖等養(yǎng)分。

對腫瘤代謝過程的監(jiān)控是深入理解腫瘤生長機理、藥物抑制作用的重要方法之一,為傳統(tǒng)的細胞生物學方法提供新的研究切入點。如何在細胞培養(yǎng)原位連續(xù)檢測腫瘤代謝微環(huán)境的連續(xù)參數變化對生物傳感器的制備提出了極大的挑戰(zhàn)。

本團隊基于聚砜梯度中空纖維膜構建了集細胞培養(yǎng)與原位電化學檢測集于一體的生物電化學傳感系統(tǒng)。首先在中空纖維膜內壁層層組裝納米碳管-普魯士藍-酶的復合電化學傳感結構,然后在較為致密的中空纖維膜外壁進行細胞貼壁培養(yǎng)。

利用中空纖維膜的內外表面實現細胞生長與電化學檢測區(qū)域隔離,避免細胞與電極直接接觸,減少電流對細胞生長的影響,同時代謝物質通過多孔膜管壁實現內外環(huán)境平衡,以實現長期電化學監(jiān)測。多孔結構增強了酶電極的穩(wěn)定性,并且通過引入普魯士藍層消耗催化反應產生的H2O2,減少長期監(jiān)測中H2O2的蓄積。

構建的細胞培養(yǎng)與葡萄糖檢測系統(tǒng)通過對肺癌細胞生長加藥進行實際監(jiān)測,初步證實了膜電極在細胞培養(yǎng)和細胞代謝環(huán)境中葡萄糖物質連續(xù)檢測中的可行性,將進一步深入應用于藥物篩選和細胞代謝研究。

?浙江大學黃小軍/杭師大醫(yī)學院陳大競、謝恬合作:關于梯度膜細胞傳感新成果

相關成果以“In-situ monitoring of glucose metabolism?in cancer cell microenvironment based on?hollow fiber?structure”為題發(fā)表在高水平期刊Biosensors and Bioelectronics(IF=9.518)。

論文的第一作者為杭州師范大學藥學院碩士研究生馬珍;論文指導老師為杭州師范大學醫(yī)學院陳大競教授、謝恬教授以及浙江大學高分子科學與工程學系黃小軍副教授。該項工作得到了國家自然科學基金、浙江省自然科學基金等項目的資助。

論文鏈接:

https://doi.org/10.1016/j.bios.2020.112261

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