生物条形码金磁纳米双信号放大检测肿瘤Endoglin传感器研究

Endoglin is a proliferation associated cell membrane antigen of human vascular endothelial cells. The significantly elevated serum level of Endoglin in the patients with metastatic cancers suggests that the serum a useful marker for monitoring early sigh of metastasis and cancer relapse in a long term follow up of solid tumor patients. The traditional detection methods of protein rely on immunization reaction with antibody. As chemical antibody, aptamer offers unique properties such as high specificity and stability, easy preparation, ready to be modified and so on. Therefore, aptamer has been applied in biosensors to detect tumor biomarkers, where the high sensitivity is the key factor. Based on the successful selection of Endoglin specific aptamer, we plan to construct a biosensor specifically detecting Endoglin using quartz crystal microbalance (QCM) technique. In order to facilitate the sensitivity, bio-barcode GMNP (gold magnetic nanoparticles) are introduced into the biosensor, where GMNP as mass amplification and bio-barcode as fluorescence amplification. If the dual signal amplification biosensor is successfully developed, it can be developed to a general platform for detecting multiple kinds of tumor biomarkers by changing the applied aptamer, which is of great significance for the early diagnosis and long term follow up of tumor.

Engdoglin(CD105)是人类血管内皮细胞增殖相关的细胞膜抗原，在肿瘤新生血管中过表达,被认为是肿瘤新生血管的标志物。传统检测方法依赖于抗原抗体反应，然而抗体有稳定性差，易发生交叉反应等不足。核酸适配体（被称为“化学抗体”）不仅能特异地与靶标结合，还有分子量小、性质稳定、易于合成等优点，被用于检测肿瘤标志物的生物传感器的构建。传感器的检测灵敏度是关键。本项目在成功筛选出Endoglin核酸适配体的基础上，利用石英晶体微天平(QCM)技术，构建特异识别Endoglin的生物传感器。为增强检测灵敏度，创新性地构建金磁颗粒生物条形码，利用金磁颗粒对QCM信号的质量放大效应和生物条形码信号序列的荧光放大效应对Endoglin进行定量。若该双信号放大传感器得以顺利研发，通过选择不同适配体，该系统有望成为检测多种不同肿瘤标志物的通用检测平台，对于肿瘤的早期预警，早期诊断和复发跟踪有重要意义。

为了提高石英晶体微天平对生物活性分子的灵敏度，建立了基于石英晶体微天平的原位选择性结晶方法。在我们的试验中所建立的自组装膜主要是通过具有不同调控作用的官能团的暴露情况实现对碳酸钙原位结晶的调控作用。在我们建立的信号放大机制中，选用的两种功能基团分别为-N(CH3)3和-COOH，其中-N(CH3)3作为碳酸钙在表面的结晶抑制剂，-COOH作为碳酸钙在表面的结晶诱导剂，在这两种功能基团的共同调配下，实现了对碳酸钙在石英晶体微天平晶片表面原位结晶的调控，为我们的方法在信号放大方面提供了可能性。提出了一种新的石英晶体微天平有效信号放大策略，基于CaCO3原位选择性生长的QCM信号放大方法。将基于碳酸钙原位选择性结晶技术应用到QCM对DNA分子的检测中，结果发现，该方法将检测DNA信号扩大了1000多倍，提高了DNA检测的灵敏度。为了扩大其检测领域，我们将其用于细胞的检测，本实验选用的是Ramos细胞。在引入适配体后，结合碳酸钙原位结晶的石英晶体微天平信号放大技术检测DNA的方法，实现Ramos细胞的检测。我们对其他常用的检测肿瘤标志物的方法以及应用石英晶体微天平的信号放大技术做了一定的学习与比较。相比之下，我们建立的基于石英晶体微天平的原位选择性结晶方法具有原理简单、不依赖生物码、灵敏度高和选择性高的优点，在癌症的早期诊断方面展现了了良好的发展前景。