基于核酸适体的细胞水平恶性肿瘤早期诊断高灵敏新方法研究

In the present project, surrounding the strategic requirements for new methods and techniques in diagnosis and early alert of grave diseases, and aiming at the international frontier of chemo/biosensing, the pioneer fundamental research will be carried out. The main contents of this project is : 1) Combining with the aptamer, a novel bio-recognition element and its unique biochemical property in biorecognition, via the knowledge conjugation such as analytical chemistry, organic chemistry, molecular biology and clinical medicine, to explore the new sensing mechanism about the signal response, transition and amplification in cell detection by using the concepts of DNAzyme extend catalytic luminescence, magnetic nanoparticle enrichment metal ions catalytic fluorescence enhancement, and electrochemical channel; 2) Based on the above research fundament, some new biosensing platforms with the characteristic of super-rapid, high selectivity, low-cost and high throughput for the early diagnosis of tumor such as leukemia in cell level will be fabricated. These research progeny will be very important for the early alert and clinical diagnosis of leukemia and other tumors. Moreover, the research progeny have wide application and important theoretic value.

本项目面向我国重大疾病预警与诊断新方法与新技术的战略需求，针对化学生物传感领域国际前沿课题，开展原始创新的基础研究。项目的主要研究内容为：结合核酸适体这一新型的生物识别单元及其生物识别事件所独特的生物化学性质，通过分析化学、有机化学、分子生物学及临床医学等学科交叉，发展基于核酸酶延伸催化发光、磁性纳米颗粒富集金属离子催化荧光增强、以及电化学通道的细胞检测信号转换放大新机制，构建细胞水平上恶性肿瘤，如白血病的快速、可靠、低成本、高通量的早期诊断生物传感技术新平台。这些研究成果对于白血病等恶性肿瘤的早期预警和临床诊断具有重要的意义，研究成果有广泛的理论价值与应用前景。

本项目面向我国重大疾病预警与诊断新方法与新技术的战略需求，针对化学生物传感领域国际前沿课题，开展原始创新的基础研究。经过三年的研究，基本完成了本项目的研究目标。主要取得了以下研究成果：（1）进行了磁颗粒和CuO纳米颗粒的aptamer功能化修饰及Cu2+离子催化荧光增强特性研究，发展了一种磁性纳米颗粒富集铜离子催化荧光增强细胞检测新方法，成功的实现了白血病细胞的高灵敏检测；（2）利用DNA酶的氧化还原催化特性，结合等温滚环扩增效应，发展了一种新型核酸适体识别控制滚环扩增DNA酶细胞检测新方法，实现了细胞水平上的白血病超灵敏可视化分析；（3）基于巯基化γ-环糊精在金电极表面的自组装修饰及主客体作用化学，发展了一种新的核酸适体识别控制电化学通道细胞检测新方法；（4）基于吡二聚体的长荧光寿命特性，以及γ-环糊精对吡二聚体的包络作用，发展了一种新型时间分辨荧光生物硫醇检测方法，并成功的应用于实际血清体系中生物硫醇的检测分析；（5）合成了一种新的β-环糊精作为配体，采用相交换方法实现了油溶性上转换纳米颗粒到水分散性纳米颗粒的制备，并且采用主客体作用化学，实现了金刚烷标记环多肽RGD的修饰，进而成功的用于癌细胞及癌组织的成像分析应用；（6）构建了一种新型GO/Aptamer-TPdye双光子纳米探针，并成功的应用于细胞及活体斑马鱼中ATP的成像分析；（7）基于β-环糊精与双光子染料分子的主客体作用特性，构建了一种新型双光子荧光纳米囊泡，并且经过进一步简单的功能化修饰，实现了癌细胞及癌组织的靶向成像分析应用；（8）将双光子染料分子与发夹结构DNA序列的颈部相结合，然后以发夹结构的环部为模板原位合成银纳米颗粒，构建了一种新型、非共价修饰的“银纳米颗粒/DNA/双光子染料”双光子纳米探针，并成功的应用于肿瘤组织细胞凋亡中谷胱甘肽的成像检测。已发表SCI论文10篇（其中Anal. Chem. 3篇，Chem. Commun. 3篇）；申请并授权中国专利4项；已毕业硕士研究生4名，在读硕士研究生3名，参与培养博士研究生2名。基于核酸适体和纳米生物催化信号放大技术的新型生物传感方法技术的研究，为构建具有自主知识产权的快速、可靠、低成本白血病细胞水平的早期诊断通用技术平台，并进一步应用于临床检测分析诊断打下了坚实基础，相关工作将继续开展。