循环肿瘤细胞（CTCs）是活的肿瘤衍生细胞，在外周血中活跃循环，含有原发肿瘤的分子信息。分离循环肿瘤细胞对原发肿瘤的预测性诊断和临床诊断和治疗有重要意义。针对这种临床需求，目前的细胞分离方法主要是基于微流控技术。微流控分离癌细胞是基于细胞大小的差异，在此基础上使用EpCAM（癌细胞过量表达）增加分离特异性，或者使用纳米材料增加灵敏度。但是这些方法最大的问题会对细胞产生损伤。DNA水凝胶是三维DNA网络，并提供有弹性、半湿润的3D环境，适用于细胞与细胞外基质的传递，例如药物递送。另外DNA水凝胶可以被制作为传感器，应用于蛋白、核酸等识别。
樊春海团队提出使用适配体促发的水凝胶进行活细胞的分离和释放的策略。首先，选用了MCF-7作为研究对象，选择EpCAM作为靶物质。适配体-促发子复合链与细胞膜表面的EpCAM进行结合，然后加入HCR的发卡1和发卡2，H1被设计成桥接双螺旋的二聚体，H2被设计成在HCR产品中形成柔性的单链区域，以促进3DDNA网络的形成。导致CTCs被包裹在DNA水凝胶中。由于发卡序列中含有ATP的适配体序列，因此，通过加入ATP可以破坏水凝胶结构，进而释放CTCs。
图1.基于DNA水凝胶的循环肿瘤细胞的包埋和释放
研究人员通过大量的实验进行表征，说明本方法的可行性。通过在细胞膜用DiO标记，显示绿色，适配体用cy3标记，呈现红色来证明适配体和细胞膜的结合。结果显示，适配体能够很好地与细胞膜结合。并且作者使用随机序列核酸和没有EpCAM的L细胞，发现不能获得这种实验结果。
另外，研究人员进行了HCR形成水凝胶可行性的实验。研究人员设计的HCR反应相比于普通的HCR反应，能够明显形成水凝胶，并且加入溶液后，水凝胶不会扩散（图2）。
图2.HCR水凝胶实验
使用μM的ATP进行释放，并且对释放后的细胞活性进行研究。研究人员从三个方面进行了验证，（1）释放后的细胞膜仍然是完整的。（2）释放后的细胞仍然能够被培养。（3）分子水平：用凝胶电泳和实时聚合酶链反应（RT-PCR）检测细胞角蛋白19（CK19）和表皮生长因子受体（EGFR）的mRNA（mRNA）表达，结果发现正常细胞和释放后的细胞区别不大。（图3）
图3.CTCs释放以及释放后活性验证
研究人员在溶液中加入金纳米颗粒，使得水凝胶的形成能够被肉眼所见。水凝胶形成后，加入溶液，观察形态，并检测吸光度值。运用此方法可以实现细胞的检测，在血清样本中的检测限为10cells。
水凝胶形成的时候，非特异性细胞也会被结合到水凝胶内。根据MCF-7细胞和其他细胞的与水凝胶作用方式不同，释放的时候非特异性细胞会被保留在水凝胶内，从而达到细胞富集的效果。
点评：
1.本文提供了一种循环肿瘤细胞的分离方法，最大的亮点是能够不损伤细胞；
2.本文提供了一种利用HCR反应形成水凝胶的方法，该方法操作简便，仅在HCR的基础上改变了序列设计；
3.通过ATP的选择性释放作用，实现MCF-7细胞富集。
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