基于DNA步行器的电化学生物传感策略及乳腺癌标志物检测

Breast cancer (BC) is the one of most common malignant tumor in females. Comprehensive treatments based on surgery have obtained great successfully, but a large part of for BC patients finally fails due to the postoperative recidivation or metastasis. Recently, some biomarkers that can predict the metastasis of BC have been discovered; however, due to the limitation of current methods involving complex steps, low sensitivity and poor anti-interference ability, it is still hard to meet the ever-growing need for early diagnostic. DNA walker is an interesting DNA nanomachine that mimics the principle of protein motor. DNA walker can be easily and accurately synthesized and has high work efficiency, which holds great potential for bioanalysis. By developing novel DNA walker and studying its interfacial behavior, this project will develop novel electrochemical methods with ultra-highly clinical sensitivity and selectivity for detecting BC tumor markers, providing technical support to the prognosis and accurate treatment of BC.

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一，虽然以手术为主的综合治疗已取得良好的临床效果，但是依旧存在相当比例的患者发生复发或转移，导致治疗的失败。近年来，一些具有乳腺癌远处转移预测价值的标志物被发现。然而，现有的标志物检测方法普遍具有操作步骤繁琐、灵敏度不够高或抗干扰能力差等缺陷，难以满足早期诊断的需要。另一方面，DNA步行器是一种类似于分子马达的DNA纳米机器，具有合成简单、组装精确与工作效率高等优点，在生物分析中表现出广阔的应用前景。在此背景下，本项目拟以电化学技术为检测手段，通过构建DNA步行器的新形式并探究其界面行为，设计基于DNA步行器的生物传感策略，发展能够满足血清学诊断需求的高度灵敏和特异性的乳腺癌标志物检测新方法，以期为乳腺癌的预后判断以及精确治疗提供可能的帮助。

乳腺癌发病率已取代肺癌成为全球第一大癌症，严重威胁广大女性的身心健康，因而乳腺癌早诊技术的开发对于乳腺癌的防治具有重要意义。本项目提出基于DNA步行器电化学传感方法为乳腺癌的早诊提供新的技术手段。在项目实施过程中，我们紧密围绕项目的既定目标，并按照预定方案开展了一系列相关的研究工作：综合运用凝胶电泳技术、电子显微镜技术、电化学技术以及多种光谱学等手段，验证了DNA步行器不同的组装形式、驱动模式、作用浓度和时间等因素对传感过程中所涉及的信号产生、转导和放大等步骤的深刻影响。基于以上分析结果，针对乳腺癌特征标志物如乳腺癌细胞分泌的外泌体及循环肿瘤DNA等，设计和构建了多种切实可行的电化学生物传感器，然后分别从方法的灵敏度、选择性、使用成本、可靠性以及可操作性等多个指标全面评价它们的分析性能，并初步证明了这些传感方法在数十例临床样本分析中的可行性，为乳腺癌病人的早诊筛查提供了新的技术手段。另一方面，开发和运用可运动的DNA纳米结构为构建无酶信号放大策略提供了新思路，为相关的科研工作提供了指导。在项目研究过程中，以第一作者或通讯作者身份已正式发表标注有国家自然科学基金（21804069）的SCI论文12篇（其中大都发表在Analytical chemistry, Biosensors & Bioelectronics, Sensors and Actuators B: Chemical等主流分析化学杂志上），申请发明专利2项，圆满完成项目的既定目标。