基于程序化DNA组装的肝癌干细胞高精度分析研究

Liver cancer stem cells (LCSCs) are a subset cell population within the tumor that possess the capacity of self-renewal and multicellular differentiation. Studies have revealed that LCSCs are closely correlated to the recurrence and metastasis of liver cancer. Therefore, high-precision analysis of LCSC may effectively promote the accurate prediction of cancer recurrence and metastasis. However, the ultra-low abundance of LCSCs in clinical samples and the complex expression of surface biomarkers make the existing techniques face many challenges in terms of accuracy and sensitivity. On the other hand, based on reasonable sequence design, programmable DNA assembly can produce diverse assembly results for different inputs, and therefore has a broad application prospect in the high-precision analysis of biomolecules. In this regard, through efficient integration of programmable DNA assembly and DNA-templated nanomaterial, this project aims to develop electrochemical sensing methods for high-precision analysis of LCSCs, with a view to provide technical support to the accurate prognosis of liver cancer.

肝癌干细胞是肝癌组织中含量极少的一部分具有自我更新、多细胞分化等特质的细胞。研究表明，肝癌干细胞与肝癌的复发和转移密切相关。因此，对肝癌干细胞进行高精度分析，可以为肝癌复发和转移的准确预测提供重要的技术支撑。然而，肝癌干细胞在临床实际样本中丰度极低且表面生物标志物表达复杂，这使得现有的技术在准确性和灵敏性等方面面临诸多挑战。另一方面，基于合理序列设计的程序化DNA组装能够针对不同的输入产生差异性的组装结果，因而在生物分子的高精度分析中表现出巨大的应用前景。在此背景下，本项目拟以设计和优化程序化DNA组装方案为起点和突破口，进而结合DNA模板化纳米材料和电化学检测技术，开展肝癌干细胞高精度分析研究，以期为肝癌复发和转移的准确预测提供可能的帮助。

肝癌是世界上最常见且恶性程度最高的癌症之一。复发和转移是导致肝癌患者死亡的重要原因。近年来，肝癌干细胞的准确识别和分析被认为是预测肝癌复发和转移的有力工具。在本项目中，我们以程序性DNA组装单元的设计以及普适性电化学信号输出方案的建立为突破口，发展了多种高度灵敏的电化学传感方法。具体而言，我们以链置换反应为基本模块，设计了级联链置换、程序性发卡环组装、原位可编程DNA电路、多向DNA组装等程序性DNA组装单元，由此实现了肝癌细胞和干细胞的高精度电化学分析。在国家自然基金的资助下，相关研究工作开展顺利，取得了较好的成果。截至目前，项目负责人一共发表SCI论文19篇（均为第一作者或通讯作者；其中，影响因子大于10的11篇）；申请和授权国家发明专利4项；培养或协助培养硕士研究生8名（其中已毕业6名）；顺利实现了申请时的预期目标。