组装DNA纳米结构用于肿瘤的早期诊断及协同载药

The current study aims to develop DNA nanostructure-based drug delivery system to realize the early diagnose of tumor as well as the targeting co-delivery of anti-cancer drug Doxorubicin and small interference RNA(siRNA). The research in this area has just started both domestic and overseas and only focus on single drug delivery and specific recognition. There is no deepgoing and systematic report on further multiple drug delivery. The aims of this research is as follows: Firstly, owing to the outstanding ability of self-assemble and recognition of DNA molecule, We can realize the "bottom-up" construction of DNA nanostructure by structure programming and make specific and sensitive early diagnose of tumor by conjugating specific aptamers. Secondly, use the DNA nanostructure to codeliver doxorubicin and siRNA, which would increase the sensitive of cells to chemotherapy drug and overcome the multiple drug resistence(MDR). Aptamer-conjugated DNA nanostructures are further used to co-deliver two different drugs, that can enhance the targeting property and decrease side effects. Meanwhile, We explore the mechanism of the interaction of DNA nanostructure and cell. This study provieds new orientation for resolving the MDR and spcific, sensitive recognition , targeting delivery and co-delivery of anti-cancer drug and gene drugs by constructing differernt DNA nanostructures.

本研究主要目的是建立DNA纳米结构载药系统来实现癌症的早期诊断以及抗肿瘤药物与基因药物的靶向共传输。这方面国内外研究刚刚起步，且集中在DNA纳米结构用于特异性识别及运载单一药物，未有系统深入的报道。本项目具体目标如下：首先以DNA分子为研究对象，通过DNA纳米结构设计利用DNA分子卓越的自组装和识别能力实现精确的从底向上的纳米构筑，实现DNA纳米结构的合成，并结合适体实现癌症的灵敏、特异性早期诊断。其次将DNA纳米结构用于同时运载抗肿瘤药物以及基因药物，提高化疗药物的敏感性，克服化疗药物的多药耐药性。进一步利用适体共轭的DNA纳米结构协同靶向运输两种药物，提高药物的靶向性，降低毒副作用。同时对载药DNA纳米结构与细胞作用的机制进行探讨。本研究通过DNA纳米结构载体的结构组装为解决肿瘤细胞的灵敏特异性识别以及多药耐药、靶向输送的问题，实现癌症的早期灵敏诊断和药物靶向共传输提供提供了新的方向。

组装DNA纳米结构是DNA分子通过碱基配对程序化组装而成的功能性纳米材料，为生物传感和药物递送提供有力工具。本项目基于组装DNA纳米结构，进行肿瘤标志物检测、药物递送及相关拓展性研究。工作包括以下几部分：（1）基于DNA发夹结构自组装的生物样本中小分子肿瘤标志物的灵敏检测。利用DNA发夹自组装作为扩增手段，构建的免标记适体荧光传感器实现了腺苷的灵敏、特异检测，检测限分别为4.7 × 10-7 mol L-1和2.0 × 10-7 mol L-1，可用于正常人尿样和癌症病人尿样中腺苷的定量分析，通过与参考值进行比对，可区分正常人和癌症病人的尿液，从而实现对癌症的诊断。（2）基于DNA四面体纳米载体（MUC1-Td-AS1411）的肿瘤细胞成像和药物递送。利用MUC1探针，该纳米载体可有效的区分MUC1阳性和MUC1阴性细胞，活化的Cy5荧光可追踪纳米载体在阳性细胞内的分布。此外，MUC1-Td-AS1411具有MUC1和AS1411双靶向的作用，在特异性区分肿瘤细胞和正常细胞的同时携载药物进入细胞核，降低化疗药物对正常细胞的杀伤，更好地应对肿瘤细胞多药耐药的产生。（3）基于DNA信号放大技术灵敏检测生物分子，包括基于粘性末端介导的链置换等温扩增策略用于单核苷酸多态性检测、基于免标记分子信标的等温指数扩增策略用于DNA甲基化酶活性的灵敏检测等。（4）基于单分子定量策略的核酸和蛋白质检测，包括基于粘性末端介导的链置换反应和DNA四面体基底构建的单分子定量方法用于miRNA的高选择性检测、基于双条码策略和单分子计数的细胞因子多重检测等。本项目围绕组装DNA纳米结构、肿瘤早期诊断和药物协同运输，构建了用于生物样本中小分子肿瘤标志物灵敏检测的适体荧光传感器、用于肿瘤细胞成像和药物递送的双重靶向DNA四面体纳米载体，为临床肿瘤的早期诊断和治疗提供了可靠的定量方法和研究工具。