DNA功能化纳米探针的设计及在miRNA检测中的应用

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癌症的早期诊疗是大幅度提高癌症治愈率和延长寿命的理想策略。Micro RNA(mi RNA)作为重要的肿瘤生物标志物,可为指导癌症的诊断和治疗提供新的路径。各种用于检测mi RNA的探针已经被设计出来,其中DNA功能化的纳米探针引起了研究者的极大兴趣。由于DNA探针序列的可编程性和纳米材料的种类多样性,可以按需要设计不同结构的DNA探针和选择不同类型的纳米材料用于合成DNA功能化的纳米探针。通过对已报道的DNA功能化纳米结构总结后,发现许多探针中参与检测信号放大的单元多为外部引入,而未能有效利用细胞内环境的物质,如酶、m RNA及酸性环境等。基于当前DNA功能化纳米探针存在的困难和挑战,我们设计了如下三种用于mi RNA检测的DNA功能化纳米探针:第一种是APE 1酶响应的DNA四面体纳米探针。在这一设计中DNA四面体不仅作为载体,同时是APE 1酶的识别体和mi RNA检测信号的放大单元。在只有mi RNA存在时,DNA四面体上的发夹被打开,四面体上的一条链随即将mi RNA替换下来,使得荧光检测信号增强为原来的20倍;在APE 1酶也存在时,DNA四面体的不完整结构会交联而有希望实现信号的二次放大。该探针可以用于有效检测mi RNA,在核酸检测中具有潜在的应用前景。第二种是m RNA协同放大检测信号用于检测mi RNA的纳米探针。这一设计中二氧化锰纳米花不仅是载体,同时提供了Mn2+响应性DNAzyme的辅因子;DNA探针的设计中包含有mi RNA触发DNAzyme信号放大系统及沉默m RNA的DNA片段。我们成功合成了二氧化锰纳米花和DNA探针,在m RNA基因被沉默的同时实现了多个游离的单体交联,这促进了mi RNA的检测。该探针可用于肿瘤标志物的诊断和治疗。第三种是酸响应增强mi RNA检测信号的纳米探针。这一设计中DNA探针被修饰到Au NPs表面形成DNA功能化的Au NPs探针(DNA-Au NPs)。在mi RNA存在时,DNA-Au NPs上的发夹结构被打开,mi RNA被检测和替换后检测信号增强。同时DNA-Au NPs上游离出的单链在酸性条件下形成i-motif结构促使Au NPs交联,使得检测信号进一步增强约1.7倍。该探针有希望用于癌细胞的检测及成像。
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