癌細胞を動的に捕捉・放出するための部位特異的固定化ナノボディを用いた配位駆動型可逆性表面の開発

Coordination-driven reversible surfaces with site-specifically immobilized nanobody for dynamic cancer cell capture and release.

• Lulu Han
• Ruilian Peng
• Wenning Jiang
• Ting Xu
• Chong Zhang
• Kaidi Chen
• Yixin Zhang
• Haiyuan Song
• Lingyun Jia

抄録

血液から循環腫瘍細胞（CTC）を選択的に分離することは、がん患者の診断、予後、および個別化された治療のための非侵襲的な手段を提供する。CTCの特異的な捕捉は、従来、細胞膜上の抗体と受容体の間の免疫親和性の認識に基づいて行われてきた。しかし、従来の抗体を使用してCTCを高効率で単離することは、材料表面上の大型抗体の負荷容量が限られているため、依然として課題となっている。ここでは、小型ナノボディ（Nb）を使用して、我々は上皮内がん細胞株A431細胞の捕獲と放出のための可逆的な部位特異的に固定化Nbの表面を構築するために広く適用可能な戦略を開発しました。ナノボディ（Nb）のヒスチジンタグ（His-tag）とNTA修飾ポリ（2-ヒドロキシエチルメタクリレート）（PHEMA）ブラシにキレートしたNi2+イオンとの間の配位相互作用を利用して、EGFR Nbの部位特異的固定化を達成した（PHEMA-aEGFR表面）。最大化された活性を持つ高密度固定化ナノボディは、わずか30分以内に81％の希少なA431細胞を高効率で捕捉することができ、従来の抗体を平面に固定化した場合と比較して、高い捕捉率と短い捕捉時間を示した。さらに、PHEMA-aEGFR 表面は、低い捕獲限界（1 細胞 mL-1）、捕獲された細胞のための細胞親和性、および PBMCs の無視できるほどの非特異的な付着を示しました。また、イミダゾールを用いたワンステップ処理により、捕捉された細胞の86%が効果的に放出された。この多機能かつ動的な部位特異的固定化ナノボディ戦略は、希少細胞を低コストで高効率に捕捉・放出するための材料や装置の開発に新たな道を拓くものである。

Selective isolation of circulating tumor cells (CTCs) from blood provides a non-invasive avenue for the diagnosis, prognosis and personalized treatment for patients with cancer. The specific capture of CTCs is conventionally based on the immunoaffinity recognition between antibody and receptor on cell membranes. However, using a traditional antibody for high-efficiency isolation of CTCs remains a challenge due to the limited loading capacity of the large antibodies on material surfaces. Herein, using a small-sized nanobody (Nb), we developed a widely applicable strategy to construct reversible site-specifically immobilized Nb surfaces for the capture and release of epidermoid cancer cell line A431 cells. Coordination interaction between the histidine tag (His-tag) of the nanobody (Nb) and Ni2+ ions that chelated to the NTA-modified poly(2-hydroxyethyl methacrylate) (PHEMA) brushes was used to achieve site-specific immobilization of EGFR Nb (PHEMA-aEGFR surfaces). The high-density immobilized nanobody possessing maximized activity resulted in the high-efficiency capture of 81% rare A431 cells within just 30 min, showing a higher capture yield and shorter capture time compared with that achieved by the conventional antibody immobilized on the flat surface. Additionally, the PHEMA-aEGFR surfaces exhibited low capture limit (1 cell mL-1), cytocompatibility for captured cells, as well as negligible non-specific adhesion of PBMCs. With a one-step treatment using imidazole for competitive coordination, 86% of the captured cells were effectively released. This multifunctional and dynamic site-specifically immobilized nanobody strategy paves a new path in the development of materials and instruments for the high-efficiency capture and release of rare cells at a low cost.