蘇州醫工所繆鵬課題組在基于銀納米簇的熒光邏輯門構建方面取得進展

作者:蔣依婷 時間:2022-05-18

  端粒酶是一種核糖核蛋白復合物,包含催化DNA延伸的內源性RNA模板,在大多數人類癌癥中表達上調,是一種重要的腫瘤標志物。另一方面,特定微小核糖核酸(miRNA)的異常表達也與癌癥的發生發展密切有關。因此,端粒酶與miRNA的聯合檢測分析在臨床診斷、生物醫學研究和抗癌藥物篩選等方面具有重要的研究價值。目前,常規檢測方法這兩類分子的方法主要是端粒重復序列擴增技術(telomerase repeat amplification protocol, TRAP)和實時熒光定量聚合酶鏈反應(qRT-PCR)。然而,這兩種技術很難進行直接的整合。實現端粒酶與miRNA同步高靈敏分析仍然存在很大的挑戰。

  近期,蘇州醫工所繆鵬研究員課題組發展了一種基于銀納米簇(silver nanoclusters, AgNCs)的熒光邏輯門體系,用于同時檢測端粒酶與miRNA。其檢測原理如圖1所示,首先設計用于雜交鏈式反應的發夾結構DNA探針H1H2。H1用于捕獲觸發鏈和打開H2的發夾結構。由于H23’端含有合成AgNCs的模板序列,可以通過引入Ag+與特定還原劑來原位合成AgNCs,利用其發射的明亮熒光作為輸出信號。初始狀態下,H2-AgNCs吸附于氧化石墨烯表面,其熒光處于淬滅狀態。另一方面,H0ORH0AND序列分別參與“或”門和“與”門的邏輯運算。它們的序列中都包含可以觸發H1H2之間雜交鏈式反應的序列。當端粒酶與miRNA作為信號輸入引發相應邏輯門的反應后,能夠起始雜交鏈式反應。該反應形成的長雙鏈產物可以從氧化石墨烯表面釋放出來,利用AgNCs恢復的熒光作為輸出信號來指示目標輸入的信息。

 

  圖1. 基于AgNCs和雜交鏈式反應的熒光邏輯門檢測miRNA和端粒酶示意圖

  通過定量分析,miRNA和端粒酶的檢測限分別為2.8 pM2 cells?!盎颉遍T能夠在兩種輸入分子任意存在的情況下得到明亮的熒光信號輸出?!芭c”門只有在miRNA和端粒酶共同存在的情況下才能夠輸出較強的熒光信號。在本工作中,氧化石墨烯不僅作為熒光淬滅劑,我們也可以利用其將熒光邏輯門體系轉運至細胞內,來觀察細胞內端粒酶與特定miRNA的表達情況(圖2)。本工作中發展的熒光邏輯門具有成本低、操作簡單、靈敏度高、選擇性高等優點,實現了對兩種腫瘤標志物的同時檢測,能夠可以有效提高相關疾病的診斷準確性。

  本工作得到了國家重點研發計劃(2017YFE0132300)等項目的資助,結果已發表Nanoscale, 2022, 14, 612–616 (IF=7.79) 

  論文鏈接: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/NR/D1NR05622K 

  圖2. HeLa細胞在連續添加氧化石墨烯@AgNCs、輔助鏈和端粒酶抑制劑后的邏輯門共聚焦圖像

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