基于无酶等温信号放大技术的miRNA成像检测分析研究

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MicroRNA(miRNA)是一类短链非编码RNA,在转录后表达中发挥着重要的作用,其异常表达与多种疾病密切相关,因此,灵敏、准确的检测miRNA对于早期诊断和相关治疗至关重要。无酶等温放大技术如催化发夹自组装(CHA)、杂交链式反应(HCR)等,因条件温和、效率高、适用性强,在miRNA检测领域中展现出突出优势。然而,生理环境、致病机理复杂,检测单一种类的miRNA对于病症的准确定位不具备说服力,且近年来大多数有关miRNA的研究只关注到高灵敏度等优点,而忽略了高通量,高准确性定位这一特点。因此,开发能同时对多种miRNAs高灵敏检测的平台更具有意义。此外,传统的治疗方法如光动力学治疗(PDT)等治疗方法,靶向作用不强,毒副作用大,直接应用于治疗体系呈现出一些问题,因此在对癌症标志物高灵敏检测的基础上继续用于指导后续治疗,实现诊疗一体化(theranostics),在生物医学研究领域具重要意义。基于此,本文借助无酶等温扩增技术构建了两种新型的诊断平台,具体研究工作如下:(1)基于DNAzyme的化学发光传感器用于多种miRNA的同时检测分析。首先,将不同种类miRNA(miRNA-21、miRNA-221、miRNA-155、miRNA-16)对应的发夹H1分别固定在石英阵列检测孔底部,当miRNA存在时,能打开对应的发夹H1,进一步打开发夹H2,发生CHA反应,与此同时,释放miRNA参与下一个循环,而杂交在检测孔底部的H2进一步引发H3和H4发生HCR反应,恢复G-四链体脱氧核酶(G-quadruplex DNAzyme)的完整序列,在血红素(Hemin)和K+存在条件下,G-quadruplex序列折叠成具有催化作用的G-quadruplex DNAzyme,催化鲁米诺(Luminol)发光,用于化学发光成像分析,实现了四种miRNA同时高特异性检测。借助CHA-HCR级联放大作用和G-quadruplex DNAzyme的类辣根氧化物酶性能,实现了多种miRNA可视化同时检测。此方法条件温和,操作简便,不受场地等限制,通用性强,实用性高,利用成像拍照系统或手机拍照功能即可成功检测,符合即时诊断(POCT)的检测要求。(2)基于肿瘤微环境响应型的诊疗一体化体系(MOF@hp-DNAzyme)用于miRNA的成像检测及协同治疗。首先合成了能对肿瘤微环境中高浓度谷胱甘肽(GSH)响应的锰基金属框架材料(Mn-MOF),并且以此作为发夹(hp1、hp2)的载体制备MOF@hp-DNAzyme纳米探针,其中hp1的两端分别携带有用于沉默Survivin mRNA的脱氧核酶(DNAzyme)的部分片段序列。MOF@hp-DNAzyme进入癌细胞后,因细胞内GSH浓度较高而解体,同时释放hp1、hp2和Mn2+。随后,癌细胞内高表达的miRNA-21诱导hp1和hp2发生HCR反应,标记在hp1上的FAM和标记在hp2上的TAMRA将发生荧光共振能量转移(FRET)现象,可用于指导后续PDT治疗。值得注意的是,由于HCR反应的发生恢复了DNAzyme的完整结构,可切割Survivin mRNA,实现基因治疗。此外,因MOF解体释放的Mn2+可以很好的缓解细胞内辅因子不足,参与到基因沉默过程中,增强DNAzyme切割效率,提高治疗效果。更重要的是,MOF与GSH的反应不仅消耗了癌细胞内的GSH,增强了MOF的荧光,更增强了PDT的治疗效果。此MOF@hp-DNAzyme纳米探针平台可以保护miRNA-21低表达的细胞,而对miRNA-21高表达的癌细胞实施光动力学和基因沉默协同治疗,实现了精准治疗提高了疗效。该方案实现了检测诊断和后续治疗的一体化,为癌症的诊断和治疗提供了新的潜在方法。
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