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癌症严重威胁着人类的生命和健康,因此,发展用于癌症早期诊断和高效治疗的纳米药物具有重大意义。由于核酸扩增反应具有快速、高效和易于设计等特点,被广泛应用于肿瘤标志物的检测,为癌症的早期诊断提供了新方法。然而,单级信号放大方法容易产生假阴性的信号,为了解决低灵敏度的问题,我们构建了级联信号放大线路,用于增强信号扩增能力。我们设计了一种级联催化发夹自组装-杂交链式反应(CHA-HCR),并将其用于信号扩增和细胞内成像。目标物能够引发上游CHA反应,形成双链DNA产物,双链产物中含有下游HCR的引发链,从而引发后续的HCR,形成了大量双链DNA共聚物纳米线,这些DNA纳米线拉近了给体/受体荧光对的距离,发生FRET现象,进行信号输出。为了形成一种简便的即插即用的体系,我们进一步地在级联线路中引入辅助发夹,优化后的CHA-HCR线路能够转化为通用的传感平台用于检测其它分析物,如癌症标志物mi R-21。由于级联核酸线路具有高特异性和高灵敏度,它适用于原位检测低表达的内源分析物,能实现精确的活细胞内mi R-21的成像。这种灵活的和可设计的恒温无酶CHA-HCR系统能够为生物成像和临床诊断提供一种通用而又稳定的方法。由于活体内的生物标志物检测更加复杂,因此需要设计放大能力更高的线路提高灵敏度。我们构建了一种通用的和可编程的自催化杂交链式反应-催化发夹自组装(AHCR-CHA)方法,起始链引发HCR和CHA的自发的交叉活化反应,形成共聚物双链DNA纳米线并产生指数级扩增的读出信号。HCR和CHA的相继稳定的识别和协同加速的信号扩增性质实现了高灵敏度和高选择性地检测核酸目标物。我们通过对照实验系统地研究了AHCR-CHA扩增线路的反应原理,证明了自催化DNA线路的反应过程与每一个成分紧密相连。进一步地,通过引入一个辅助传感模块,我们将这种自催化线路发展为通用的扩增方法用来检测其它分析物,如mi R-21。这种高选择性、高灵敏度的自催化线路实现了实时精确检测细胞内和活体内的mi R-21。AHCR-CHA线路是一种简便、灵敏、合理和稳定的通用的扩增方法,在生物分析和生物医药应用中具有巨大的潜力。核酸除了可以设计为核酸线路用于检测,自身也可以作为药物用于癌症治疗。由于核酸酶能够高效和特异性地剪切细胞内的m RNA,因此,核酸酶又可以作为基因沉默药物对癌症进行治疗,此外,si RNA也具有显著的基因沉默效果,能够影响特定蛋白的表达从而用于肿瘤治疗。然而核酸药物易于降解,需要借助于合适的纳米载体才能发挥作用。基于金属有机框架化合物(MOFs)的纳米材料可以保护和运输核酸药物到肿瘤部位,并且其酸响应降解性质促进了核酸的释放,使核酸药物能够发挥有效的肿瘤治疗效果。我们报道了一种自补给DNAzyme和辅因子的MOFs的多模式治疗纳米系统用于高效联合基因治疗和光动力治疗。通过一步合成法简单地设计了封装10-23型DNAzyme的ZIF-8纳米粒子,ZIF-8能够保护DNAzyme不受酶降解,并促进它们在肿瘤部位的有效运输。酸性肿瘤微环境刺激了ZIF-8的解离并释放DNAzyme序列和Zn2+,为DNAzyme的细胞内剪切反应提供了足够的辅因子,用于活化有效的基因沉默过程。通过在核酸上修饰其它的功能基团从而能够发展为一种多功能的治疗平台,如在DNAzyme上修饰光敏剂Ce6。肿瘤酸性微环境响应释放的Ce6-DANzyme能够被用作体内的成像探针,用于监控这些纳米粒子在活体内的生物分布,而且能够在特定光照下产生活性氧用于光动力治疗。我们进一步在活体内证实了Ce6-DNAzyme@ZIF-8纳米平台的显著的联合基因治疗和光动力治疗效果,它将在未来癌症诊断和治疗发挥重要作用。由于肿瘤乏氧会产生多种治疗抗性,影响化疗、光动力治疗和放疗的治疗效果,为了改善乏氧环境,我们设计了一种沉默乏氧基因的多功能纳米平台用于敏化光化学治疗。通过一步法合成封装了si RNA、Ce6和DOX的ZIF-8纳米粒子CDHNs,ZIF-8纳米粒子能够有效促进药物运送到肿瘤部位,酸响应解离并释放出药物,激光照射光敏剂Ce6能够产生大量ROS,促进DOX和si RNA的溶酶体逃逸。而且,通过si RNA的基因沉默作用下调HIF-1α,能够减轻乏氧响应,包括恢复受损DNA修复、克服多药耐药性和抑制肿瘤转移。我们在体外和体内证实了多功能CDHNs纳米平台的显著的协同光化学治疗和基因治疗的效果,它为将来的基于基因沉默的多功能癌症治疗方法提供了新思路。