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细胞中各类组分的变化与人类疾病息息相关,因此对引起细胞生命活动改变的细胞组分如蛋白质和miRNA进行研究具有重要意义。细胞成像技术及各类分析方法,如免疫荧光、免疫印迹、荧光原位杂交等,为人们深入了解细胞组分的变化提供了有力工具。但随着研究的深入,对细胞成像及分析技术也提出了更多新的要求。DNA不仅是重要的生命遗传物质,由于其独特的生化功能和物理性质,DNA被作为天然纳米材料而得到了广泛关注。基于DNA构建的DNA分子开关、DNA分子马达、DNA步行器等分子器件的出现为细胞成像及分析技术的发展注入了新的活力。在本论文的研究中,我们构建了两种DNA分子器件分别实现了对肿瘤膜蛋白的原位成像分析以及单细胞水平miRNA成像,具体内容如下:1.基于双标记脱氧核酶构建的DNA分子器件实现肿瘤细胞表面膜蛋白无损的原位成像及定量分析肿瘤细胞表面膜蛋白的表达水平和定位信息的综合分析对评价肿瘤细胞的状态具有重要的意义。目前对肿瘤细胞表面膜蛋白的分析技术可大致分为非原位检测和原位成像两种类型,前者最常用的技术为免疫印迹(western blot),后者最常用的技术为免疫荧光。要对肿瘤细胞进行全面的综合分析,这两类检测方法缺一不可。但目前常用的技术手段都有一定局限性,最重要的一点就是无法实现对同一批细胞的综合分析。基于上述考虑,我们设计了一段双标记的脱氧核酶序列(DNAzyme),并以该序列为材料构建了一种集成的、简单的、能对同一批细胞进行原位成像和定量分析的DNA分子器件。通过与western blot结果的比较,该DNA分子器件的荧光定量分析结果表现出可靠性、通用性及较好的灵敏度。该器件不仅能在一个体系中满足成像和定量的要求,其分析过程对细胞的无损性也在流式分析结果,细胞药敏性结果,细胞生长状态分析结果中得以验证。2.双酶驱动的DNA步行器实现单细胞水平的miRNA成像在单个细胞水平实现miRNA的成像能帮助我们更好地理解miRNA在细胞回路调节及疾病个体化差异中扮演的角色。但是由于miRNA序列短,在细胞中的丰度低,存在高度同源序列,构建一种灵敏的、精确的miRNA在细胞内成像的方法是一个挑战。基于金纳米颗粒优良的负载作用以及DNA“可编程”的特点,我们将带有荧光标记的DNA链修饰于金纳米颗粒上,构建了一种能实现miRNA在细胞中成像的DNA分子器件。简单来说,在核酸聚合酶Vent的催化作用下,miRNA会以荧光修饰的DNA链为模板进行扩增,产生切刻内切酶Nb.Bsm I的酶切位点。在识别-扩增-酶切-再识别-再酶切的作用下,荧光信号得以放大,同时成像的特异性得以保障。其成像结果与qRT-PCR定性的结果有较好的一致性,该DNA分子器件为我们研究miRNA在细胞中的成像了新方法。