DNA调控荧光金属纳米团簇应用于乳腺癌miRNAs检测

Aiming to explore the detection of miRNAs highly-expressed in tumor tissues of breast, the fluorescence properties of metal nanoclusters templated by polymorphic DNAs will be studied in order to construct a series of bifunctional DNA templates that are capable of synthesizing metal nanoclusters with diverse fluorescence properties and DNA probes. Fluorescence resonance energy transfer efficiency will be studied for the synthesized fluorescent metal nanoclusters, so as to develop an in vitro quantitative detection method of cancer-related miRNAs with high sensitivity,high specificity and bleaching resistance. Further, the membrane-penetrating property of these fluorescence metal nanoprobes will be studied in order to investagate their applications in detecting miRNA in blood serum and tumor tissues of breast. It is the first time to develop a convenient detection system on miRNA of breast cancer with low cellular toxity and high specificity, based on the fluorecent metal nanoclusters modulated by polymorphic DNA templates. The results will promote the progress of biological nano-techniques on the earlier detection of cancers, provide the guidance on the development of clinic cancer detection techniques, but also accelerate the development of related analytic chemistry and biomedicine.

针对乳腺癌特异性表达miRNA的检测，本课题拟研究多形态DNA对金属纳米团簇荧光特性的调控规律，设计构建一系列双功能DNA模板，引导合成具有不同荧光特性和DNA探针的金属纳米团簇，研究不同金属纳米团簇间的荧光共振能量转移效率，针对不同特征的miRNA，筛选出灵敏度高、专一性强、光稳定性高的纳米荧光探针组进行体外定量检测；进而，考察纳米金属荧光探针的透膜特性，研究DNA调控的纳米荧光探针组在血清和肿瘤组织内检测特征miRNA的应用。本课题首次基于DNA多形态自组装结构调控金属纳米团簇的荧光特性，研究开发一种制备简便、细胞毒性低、特异性识别的荧光检测体系，以实现乳腺癌患者特征miRNA的有效检测；所取得的研究结构将推动生物纳米技术癌症早期检测方面的发展，为临床的癌症检测技术进步提供有意义的指导，同时也促进分析化学、生物医学等相关领域的发展。

荧光金属簇由于小尺寸、发光强、稳定、波谱范围涵盖广以及良好生物兼容性而受到广泛关注。在实际应用中，通过对其限制尺寸，引导合成具有一定结构和光学特性的金属簇，进一步修饰后使其目标功能化。DNA既具有与金属离子亲和的磷酸骨架和含氮基团，又具有自身碱基配对专一的特定性质。一方面，具有手性结构的DNA分子，可以调控金属簇的凝聚，使其尺寸受限，另一方面，具有复杂和多样结构的DNA模板可以与核酸、蛋白等生物大分子相互作用，从而引导合成能靶向应用于生物、医学的金属簇，为精准医疗推进提供良好材料工具。课题组主要在以下两个方面开展研究工作：.1.研究银离子（Ag+）和多形态DNA模板的相互作用，结果表明纳米Ag+与DNA模板的结合常数取决于DNA的二级结构，其结合强弱顺序是富含胞嘧啶卷曲单链 > i-motif > 双链 > G-四链体。纳米银簇（AgNCs）的大小取决于DNA模板序列长度。序列碱基组成、长度、固有二级结构，银盐与核酸比例，缓冲溶液成分和pH，以及氧化状态等因素决定了合成的银簇种类和光学性质。红色荧光的[C4A4C3]-Ag以及近红外荧光的[G4T4G4C4A4C4]-Ag成功用于宫颈癌HeLa细胞的标记，显示良好细胞内成像效果。在合成特定DNA-AgNCs探针时，富含胞嘧啶DNA单链引导的银簇应用于乳腺癌相关miRNA10b 和miRNA195的研究，结果表明：检测结果呈线性相关，为将来临床检测早期乳腺癌的发生提供了一种高灵敏性的应用工具。需要说明的是，研究乳腺癌相关miRNA10b 和miRNA195的研究过程中发现，探针的稳定性需要特定的金属调节。.2.以富含胞嘧啶的DNA为模板，合成稳定的双金属AuxPty纳米材料，其具有过氧化物酶活性，其对3,3'，5,5'-四甲基联苯、过氧化氢的Km分别为0.088 nM、196 nM。同时发现这些性质与材料中x:y的比例有关，而且发现巯基化合物导致双金属AuxPty纳米酶的过氧化物酶活性降低，以此采用比色法高灵敏地检测了生物硫醇，而且此法对非巯基氨基酸有高度选择性。双金属AuxPty纳米酶对半胱氨酸、高半胱氨酸的检测限分别为3.5 nM、1.6 nM。这种DNA稳定的双金属AuxPty 纳米酶对生物制品中生物硫醇的定量检测显示出广阔的应用前景。