基于生物大分子模板探针同步检测多种肿瘤标记物的研究

Detecting biomarkers is significant for early detection of cancer and reducing the cancer mortality. It is increasingly urgent to develop a high sensitivity, high specificity, simple detection method for diagnosis of cancer. However, detecting only one biomarker cannot provide enough information to achieve the goal for cancer early diagnosis . Since different types of tumor cells can generate multiple specific tumor biomarkers, combining multiple tumor biomarkers can more accurately determine where those tumor biomarkers come from. In this project, we will design and prepare an assay to simultaneously detect multiple tumor biomarkers using DNA origami biomacromolecule templates, which as carriers are utilized for simultaneously immobilization of multiple antibodies. In detail, DNA templates as scaffoldings are marked with different capture antibodies on the surface, and each capture antibody can specifically bind to tumor biomarkers. Then, the information of tumor biomarkers can be qualitatively and quantitatively analyzed by fluorescence quantum dot marking detection antibodies. By changing those capture antibodies on template, we expect to achieve the diagnosis for a wide variety of cancer types and build a universal detection method for early diagnosis of cancer.

肿瘤标记物的检测对于癌症的早期发现，降低癌症死亡率有重大意义。特别是研发出高灵敏度、高特异性、操作简单的方法更是日益迫切。然而，仅针对某一种特定的肿瘤标记物的检测并不能提供足够的信息来达到癌症早期诊断的目的。不同类型的肿瘤细胞能各自产生多种特异性的肿瘤标记物，只有联合多种肿瘤标记物的检测才能更准确地判断肿瘤标记物的来源。本项目拟设计并制备一种多肿瘤标记物的同步检测的方法，将 DNA origami 大分子模板应用于多种肿瘤标记物的同步检测，充分地发挥了 DNA 模板的载体作用。我们首先在 DNA 模板上的多个位置标记上不同的捕获抗体，每种捕获抗体能特异性地结合待测的肿瘤标记物，然后通过检测抗体上修饰的荧光量子点提供的光学特性来定性和定量地分析肿瘤标记物的各项指标。通过改变 DNA 模板上的已知捕获抗体，有望实现多种癌症类型的诊断，建立一套通用的判断癌症早期的检测方法。

针对多种肿瘤标记物的同时快速检测，开发生物大分子模板的多肿瘤标记物同步检测的多功能探针：DNA模板的设计和组装：合成出高产率的 90 nm×60 nm 的 DNA 大分子模板。SMCC分子一端的NHS酯基团与某一蛋白质分子的伯氨反应形成稳定的酰胺键，另一端(马来酰亚胺基团一端)可与巯基发生交联，采用活化剂 SMCC 和还原剂 DTT 将“捕获抗体”(capture antibody)与巯基修饰的 DNA 交联，获得 DNA 修饰的抗体。PEG-COOH 修饰的 CdSe 量子点，加强了 CdSe 量子点在水溶液中的稳定性和溶解性。用“检测抗体”（detection antibody）对水溶性的量子点进行交联反应（ EDC 和 NHS 作为交联试剂），纯化后得到 PEG 修饰的 CdSe 量子点然后，最后用DNA修饰过的“捕获抗体”和用量子点交联过的“检测抗体”探针去检测肿瘤标记物。（b）以同一套 DNA 模板探索了复杂的金纳米棒结构（三聚体）的手性光谱与简单金纳米棒结构（二聚体）手性光谱之间的关系。通过合理的设计，我们在DNA 模板上组装出了一对金纳米棒三聚体结构的手性对映体，经过分析我们发现每种三聚体都可以分解成三种不同构象的二聚体构型。通过测试所组装结构构象的手性光谱，我们发现金纳米棒三聚体的手性信号与其对应的三种二聚体手性信号的线性叠加信号是匹配的，即三聚体的信号来自二聚体信号的叠加。（c）为解决抗体探针稳定性的问题，延伸出关于蛋白热变性的研究课题，我们开发了一种蛋白热稳定性测试的全光谱的正交方法，用圆二色光谱监控蛋白二级结构的整体热变性过程，为蛋白药物的稳定性测试和肿瘤标记物筛选提供更全面信息。（d）在聚合物荧光量子点方面，我们深入研究了其荧光光谱与PH值的相关性，通过测量给体与受体之间荧光共振能量转移，从而研究聚合物量子点的在不同PH值下结构变化机理。