基于核酶-核酸适体生物传感器的细胞分析平台设计及其在药物筛选等领域应用研究

Some research techniques for cell biology，such as cell culture in vitro and analysis，have effectively promoted the research of clinical diagnosis, drug screening, and other fields. Develop fast, high selectivity, high sensitivity, renewable reproducible analysis methods at the cellular level has become a new research focus on the method of cell biology. This project will establish a cell analysis platform based on electrochemical impedance sensors，then applied to clinical leukemia detection, and drug screening for tumour. The sensors designed by a combined cell recognition with aptamer high specificity on cells and rna-cleaving deoxyribozymes, are suitable for rapid, high sensitivity, high specificity in detecting cell and renewable recycling. Here，the integration of multidisciplinary experimental technology as cell biology, molecular design, biosensor technology, to establish a simple, non labeling, recycling cell detection method, and apply it in disease diagnosis, drug screening and other fields, the purpose is to provide new methods for the studies of cell biology and cell biology technology application in other fields.

体外细胞培养及分析技术等细胞生物学研究技术有力地推动了临床诊断、药物筛选等领域的研究。发展基于细胞水平的快速、高选择性、高灵敏度、可再生重现的分析方法也就成为细胞生物学新方法的研究重点。本项目将对细胞高特异性的核酸适体和对核酸具有切割特性的脱氧核酶设计成组合细胞识别体，修饰于电极表面，研制一种适用于细胞快速、高灵敏、高特异性检测并可再生循环利用的电化学阻抗传感器，以期建立一个细胞分析平台，应用于临床白血病检测和肿瘤药物筛选等。本项目融合细胞生物学、分子设计、生物传感技术等多学科实验技术，建立一种简便、非标记、循环利用的细胞检测方法，并应用于疾病诊断、药物筛选等领域，为发展细胞生物学研究及细胞生物学技术在其他领域的应用提供新的方法。

体外细胞培养及分析技术等细胞生物学研究技术有力地推动了临床诊断、药物筛选、环境生物检测等领域的研究。发展基于细胞水平的快速、高选择性、高灵敏度、可再生重现的分析方法也就成为细胞生物学新方法的研究重点。本项目旨在利用对细胞高特异性的核酸适体和对核酸具有切割特性的脱氧核酶结合的结构特点构建生物传感技术，以期建立可用于临床疾病检测、新型药物筛选和细胞因子分析的细胞分析平台。基于该目的，我们从增强检测信号技术、核酸适体标记技术、核酸传感器制备、新型纳米药物制备以及生物传感技术应用等方面进行了研究，并系统的研究了基于核酶和核酸适体的生物传感技术的构建及在细胞分析领域的应用。. 具体研究工作包括：1)基于功能纳米材料对生物传感器检测信号具有放大的特点，研究和制备了一系列功能纳米材料，如基于蛋白质的金纳米簇、胶体金材料、金标记石墨烯材料等等。将制备的功能纳米材料用于传感器修饰，发现能够明显增强传感器的电化学信号，有效的提高了传感器的检测灵敏度。2)为了让功能纳米材料更好的与核酸分子结合，在设计和合成核酸适体链时增加一些特殊结构，实现核酸原位标记纳米材料，如设计和合成了银簇标记MUC1核酸适体链，实现了对肿瘤细胞的成像和结合特性研究。3)利用核酸分子结构特点，设计了核酸传感器，并将其应用于细胞、细胞因子和重金属快速检测；利用核酶结构的特点，研究和探讨了核酶生物传感器的循环利用特性，证明核酶可作为提高电极重复性的关键元件。4)针对生物传感器在新型药物筛选中应用，研制了壳聚糖负载的肿瘤药物的纳米药物复合物模型，应用常规分析技术与生物传感器研究了纳米药物复合物的生物活性，证明生物传感器在时间、样品制备等方面优势明显。5)基于建立的各种生物传感器，实现了对实际样品的多种检测，并与常规生物分析技术比较，显示出简单、方便以及可靠性高的优势。总之，本项目实施为细胞水平的药物研究和细胞生物学研究提供了新技术新方法。. 项目基本完成预设工作，并在本项目基础上，开拓了关于细胞成份分析工作。部分结果以文章或专利形式发表（已发表5篇相关文章，1篇已接收，申请国家发明专利1项），部分结果已整理成文章在投稿中，而其他实验结果还有待总结发表。项目还培养了4名掌握本项目技术的研究生和多名本科生。