基于核酸等温扩增体系构建新型生物传感器用于胰腺癌诊断

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近年来,由于胰腺癌早期症状隐匿以及诊断技术的不足,5年相对生存率不到10%,因此,开发具有高灵敏度的胰腺癌检测策略迫在眉睫。核酸等温扩增反应因其具有极高的放大效率以及不需要精准的控温仪器而展现出卓越的优势。在本论文中,我们借助荧光仪或者紫外分光光度计等仪器为信号输出,设计了两种等温扩增技术(杂交链式反应和滚环扩增)分别对胰腺癌细胞或者胰腺癌外泌体进行了高灵敏度检测,在实际样品检测中具有良好的应用前景。具体研究内容如下:1.本研究应用Fe3O4@DOP NPs荧光猝灭和磁分离的能力,以及适配体-引发剂(Apt-Trigger)引发的杂交链式反应(Hybridization Chain Reaction,HCR)协同检测胰腺癌细胞中过表达的MUC1蛋白。将HCR底物(H1和H2)修饰FAM荧光,三种胰腺癌细胞系的检测限为21~41 cells/m L。胰腺癌细胞的荧光强度明显高于正常胰腺细胞(HPDE-C7)和肝癌细胞(Hep G-2),因此我们所提出的检测策略具有良好的选择性。此外,我们还利用HCR扩增体系对胰腺癌组织进行成像,成像结果与传统的免疫组化(Immunohistochemistry,IHC)结果一致,说明我们设计的检测策略在临床实际应用中具有潜在价值。2.在这项工作中,我们开发了一种简单、灵敏、快速的外泌体诊断方法,有助于癌症的早期诊断和预后跟踪。我们巧妙地将外泌体检测转化为核酸放大检测,首先,将CD63 aptamer/c-DNA连接到磁球上作为捕获探针,当外泌体存在时,其生物标志物CD63与适配体识别并结合,从而释放c-DNA探针作为引物启动滚环扩增(Rolling Circle Amplification,RCA)反应。由于RCA产物是一条带有负电的长单链DNA,会使带有正电荷的银纳米颗粒(Ag NPs)聚集,从而通过紫外-可见光谱的变化或者肉眼观察聚集程度来判断外泌体的浓度。分光光度法对外泌体的检测限达到4×10~3 particles/m L,具有较好的灵敏度。此外,该检测方法也能够实现在血清样品中外泌体检测。3.外泌体因其具有独特的生物学特性,在疾病早期诊断方面越来越备受关注,然而传统的分析方法(PCR或者ELISA)不能区分不同来源的外泌体。因此我们开发了一种基于上转换纳米颗粒(UCNPs)的荧光生物传感检测平台,实现了胰腺癌细胞来源的过表达表皮生长因子受体(EGFR)和上皮细胞粘附分子(Epcam)外泌体的超灵敏多元检测。本实验使用修饰CD63抗体的磁球来捕获外泌体,捕获的外泌体被两种DNA适配体(EGFR和Epcam)分别特异性识别,通过RCA扩增产生一段长的DNA重复序列(RCA产物),最后,加入与RCA产物互补的UCNPs-DNA,进一步对RCA产物进行荧光标记和信号放大。利用这种多元检测平台,外泌体的检测限低至3×10~3 particles/m L。此外,该方法还可通过磁球聚集程度判断是否存在表达两种蛋白的外泌体,为外泌体的多元检测奠定基础。
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