核酸酶辅助的信号放大策略及其在肿瘤标志物检测中的应用

In recent years, trace analysis is becoming more and more important in environmental protection, food safety and disease diagnosis. Among them, ultra-sensitive and accurate detection of tumor markers that can monitor the occurrence of tumors in real time is of great clinical significance in diagnosis, treatment and prognosis of tumors. As the existing detection techniques always have the problem of poor sensitivity, signal amplification strategy, which can greatly improve the detection sensitivity through the enhancement of the detection signals, has been the most common but most important method to realize the ultra-sensitive detection of low levels of biological molecules. The nuclease-assisted signal amplification strategy is a newly developed signal amplification technique with the well universality and convenience. By using varieties of nucleases, the nuclease-assisted signal amplification strategy has greatly promoted the sensitivity of biochemical analysis that has aroused more and more interests of researchers. Based on the research of the nuclease-assisted signal amplification strategy, this project will use aptamer molecules as the recognition elements to develop novel electrochemical biosensors for ultra-highly sensitive and selective detection of tumor makers. Our works may provide the powerful technical support for the diagnosis and prognosis of tumors and some useful guidance for other related researches.

近年来，痕量分析在环境保护、食品安全以及疾病诊断等与人类生活密切相关的领域中显得越来越重要。其中，肿瘤标志物的超灵敏准确检测对于肿瘤早期诊断、有效治疗的开展以及预后监测具有十分重要的临床意义。由于现有检测技术普遍存在灵敏度不高的缺陷，通过增强检测信号促进灵敏度提高的信号放大技术成为目前实现低含量生物分子超灵敏检测最重要最常用的方法。核酸酶辅助的信号放大策略是最近发展起来的一种新兴信号放大技术，具有极强的普适性和便捷性。通过使用灵活多样的核酸酶，核酸酶辅助的信号放大策略有效促进了生化分析灵敏度的提高，引起了研究者浓厚的兴趣。因此，本项目拟在核酸酶辅助的信号放大策略设计研究基础上，以核酸适体作为识别元件，发展高度灵敏和特异性检测肿瘤标志物的电化学生物传感器，以期为肿瘤的诊断和预后提供有力的技术支持，并对相关的科研工作提供指导借鉴。

在本项目中，我们基于信号放大技术对实现高灵敏检测乃至痕量分析的重要性，以对乳腺癌诊治具有潜在指导意义的肿瘤标志物甚至肿瘤细胞作为研究对象，以核酸适体和小分子修饰的核酸探针作为主要识别元件，开展高灵敏、高特异性的乳腺癌标志物检测新方法研究。在本项目开展过程中，围绕上述研究思路，我们以项目申请书中的预定实验方案为原型，依照检测目标（蛋白或细胞）的性质特点，参考最新的相关研究进展，对检测方案进行具体设计与完善，开展了一系列的相关研究工作。以灵敏性、便捷性、经济性、选择性和可靠性为综合考量的指标，结合纳米技术、主-客体化学、核酸扩增技术以及电化学分析技术等领域的最新研究成果，本项目从识别元件、信号标记以及分析手段等方面入手，通过核酸外切酶、核酸连接酶以及核酸聚合酶等核酸工具酶的应用，设计了多种灵活多变、适用性强以及效果显著的信号放大方案，并由此实现了以叶酸受体和凝血酶为代表的乳腺癌肿瘤标志物以及以MCF-7为代表的乳腺癌细胞的高灵敏检测。本项目的开展一方面有助于实现乳腺癌标志物多元化的快速、灵敏、高效、特异的检测目标，为乳腺癌的早期诊断提供可能的技术支持；另一方面可以通过构建新型乳腺癌标志物检测模型对相关的科研工作提供指导借鉴。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。三年里，一共发表SCI论文10篇（其中第一作者或通讯作者9篇，影响因子大于5的4篇，EI收录7篇）；申请专利四项，授权专利一项，参与获得2014年度高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)自然科学二等奖（第五完成人）一项；培养（包括协助培养）硕士研究生8名（其中已毕业6名），协助培养博士研究生和博士后各1名，顺利实现了申请时的预期目标。