基于水凝胶生物传感器的眼科标志物miR-145和HAase检测研究

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目的:生物标志物在个体化医疗上具有独特优势,寻找并发现有价值的生物标志物是当今医学领域的研究热点之一,同时针对这些特定生物标志物的检测方法也越来越受到重视。本文中针对常见的两种眼科生物标志物microRNA-145(miR-145)、透明质酸酶(Hyaluronidase,HAase),分别构建了两种新型水凝胶生物传感器用于其快速便捷检测。方法:本研究主要分为以下两个部分:DNA水凝胶电化学发光(Electrochemiluminescence,ECL)生物传感器的制备以及将其用于翼状胬肉样本中miR-145的检测;透明质酸(Hyaluronic acid,HA)水凝胶膜生物传感器的制备以及将其应用于玻璃体样本中HAase的检测。1)修饰有氨基的两条寡核苷酸链与HA共价交联形成HA水凝胶,将合成的信号分子Ru@SiO2纳米粒子包裹在DNA水凝胶中以构建DNA水凝胶ECL生物传感器。当加入目标物(miR-145)和双链特异性核酸酶(Duplex-specific nuclease,DSN)时,miR-145会与其中一条寡核苷酸链完全互补配对。DSN选择性降解DNA-RNA双链体中的DNA,使DNA水凝胶逐渐解体,Ru@SiO2纳米粒子游离出来,产生ECL信号。MiR-145的浓度与ECL信号在一定范围内具有线性关系,由此可实现目标物的定量检测。提取3份严重程度不同的翼状胬肉样本的总miRNA,加入到制备好的DNA水凝胶ECL生物传感器中进行miR-145的检测。2)将活化后的HA溶液平铺到放置在针式过滤器中的混合纤维素滤膜(Mixed cellulose membrane,MCEM)表面,均匀滴加PEI溶液使之共价形成HA水凝胶膜以制备水凝胶膜生物传感器。加入不同浓度的HAase后,HAase可对HA水凝胶膜产生特异性的降解,使水凝胶渗透性发生改变。在排水设备和电子天平的辅助下,精确称量5 min内通过该HA水凝胶-MCEM复合膜水的质量。在一定的浓度范围内,排水量与透明质酸酶浓度呈正相关,建立线性方程可实现HAase的定量检测。分别用人透明质酸酶检测试剂盒(HAase ELISA Kit)以及本文中设计的水凝胶膜生物传感器对人玻璃体样本中的HAase进行检测。结果:1)本实验成功构建了基于DNA水凝胶的ECL生物传感器,实现了对miR-145的灵敏便捷检测。当目标物浓度在1.0 fM~1.0 nM之间时,该DNA水凝胶生物传感器的ECL信号强度和miR-145的浓度之间具有良好的线性关系,线性相关系数为 0.9963,检测限(Limit of detection,LOD)为 0.42 fM(S/N=3),同一批次和不同批次重现性相对标准偏差(Relative standard deviation,RSD)分别为3.02%、4.14%。对翼状胬肉样本中miR-145的检测结果表明,样本中的miR-145浓度与该患者的翼状胬肉严重程度呈负相关,这一结果与先前文献中报道的相一致。2)本实验成功构建了用于HAase检测的水凝胶膜生物传感器,实现了对HAase的简便定量检测。该生物传感器的检测范围为1.0 U/mL~36 U/mL,在此浓度区间,5 min内的排水量与HAase的浓度具有线性关系。线性相关系数为0.9973,LOD为0.35 U/mL,RSD为3.7%,抗干扰性和稳定性良好。用本实验中的方法以及HAase ELISA Kit均检测到液化的玻璃体样本中存在少量的HAase,且检测结果较为接近。水凝胶膜生物传感器在实际样品检测中的回收率范围为95.26%~105.40%,RSD低于6.8%,表现良好。结论:1)本研究成功构建了用于miR-145灵敏检测DNA水凝胶ECL生物传感器,实现了对翼状胬肉样本的检测,具备良好的稳定性、重现性性和抗干扰性。此外,由于该DNA水凝胶生物传感器的可编程性,通过改变DNA的碱基序列,即可实现对其它不同类型的miRNA分子的检测。因此,本实验所设计的生物传感器具有很大的适用潜力,可应用于临床医学领域多目标物多样本的实际检测。2)本研究成功构建了一种新型的用于HAase检测的生物传感器。该传感器结合了目标响应型水凝胶膜的渗透性变化以及电子天平读数准确的优点,实现了对玻璃体液灵敏且简便的检测。良好的稳定性及抗干扰性使其具有广泛的临床应用前景。
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