基于DNA-银纳米簇新型分子信标的荧光传感系统及医学应用

Biomarker is a hot issue in biomedical research. As a potential diagnostic marker and therapeutic target, transcription factors (TFs) is a significant target in both basic and clinical medicine. However, present assays for TFs detection are facing various drawbacks, which greatly hinders the application of TFs as a biomarker. Herein, based on the previous study and investigation in nano-sensing, our group developed a fluorescent sensing system for detecting low-abundance TFs using DNA-silver nanocluster molecular beacons (AgMBs) which is a novel molecular beacon with controllable molecular self-assembly. By integrating the AgMBs and enzyme-assisted signal amplification strategy, TFs binding signal was translated into a nucleic acid molecular signal (reporter). This detection system can realize cost-effective, highly selective and sensitive detection of TFs which is rarely achieved in previous reports. We first synthesized AgMBs, then monitoring several key procedure of sensing system by gel electrophoresis to confirm the feasibility of this sensing route (detailed in results of trial tests in basic research). This project will not only provide a new analytic system combined molecular recognition, signal amplification and fluorescent sensing for biomarker researches and clinical molecular diagnoses, but also establish a new analytical method for drug screening and biomedical research.

生物标志物已成为医学研究热点。转录因子(TFs)是潜在的诊断标志物和药物研究靶标, 但由于分析手段仍存在较大缺陷, 极大影响了其作为临床分子诊断靶标的应用。本课题组将在前期纳米传感技术研究与应用基础上, 以TFs为代表性靶标，基于DNA-AgNCs构建可控分子自组装新型分子信标（AgMBs），设计应用酶辅信号放大技术，通过将TFs结合信号转化为核酸分子信号（reporter）方式，探索研究用于检测低丰度TFs的荧光传感系统，从而克服以往TFs检测技术无法同时满足低成本、高选择性、高灵敏度的缺点。本课题组通过初步合成的AgMBs，采用凝胶电泳法对传感系统各关键步骤的预试验已表明本方案的可行性(详见研究基础的预试验结果)。本项目不仅将为生物标志物研究与临床分子诊断提供一种集分子识别、信号放大和荧光传感为一体的分析系统，而且将为新药筛选及基础医学研究创立新型分析手段。

生物标志物已成为医学研究热点。转录因子(TFs)是潜在的临床诊疗标志物和药物研究靶标, 但由于分析手段仍存在较大缺陷, 极大影响了临床分子诊断的应用。1）基于DNA-AgNCs构建的新型分子信标（AgMBs），结合酶辅信号放大技术和TFs信号转化为核酸分子信号方式，建立了检测低丰度TFs的荧光传感系统。2）利用DNA-银纳米簇（DNA-AgNCs）通过π-π作用吸附在聚吡咯纳米粒（PPyNPs）表面导致荧光猝灭原理，设计构建了同时检测p50与p53两种TFs的荧光传感体系。3）基于DNA-AgNCs设计构建了变构DNA纳米机器，研究了其热力学性质与分析性能之间的关系，并最终将其成功应用于TFs相关的生物医学研究。4）构建了DNA纳米技术，等温扩增技术和液相色谱法相结合的多组分TFs同时检测分析系统。. 本项目提供了多种集分子识别、信号放大为一体的分析系统，为临床分子诊断，新药筛选和基础医学研究创立新型分析手段。在扩展性研究中，基于临床标志物的广泛性，结合多样分子识别机制，探索研究了荧光、可见光光谱和电化学等纳米传感模式，并成功用于多种临床标志物分析，为临床诊疗和预后评价提供了更丰富的信息获取手段。. 超额完成合同计划。发表标注SCI 论文18 篇，其中第一标注SCI 论文16篇。在研期间获得授权发明专利5项，申请发明 专利6项。获得2018年江苏省教育厅自然科学奖三等奖1项，2020年江苏省医学科技二等奖1项,2019年南京医科大学优秀博士论文奖1项,2019年南京医科大学优秀博士论文指导教师奖1项，导师团队获得第一届全国药学专业学位研究生教育教学成果二等奖。培养的研究生已毕业14名，指导的研究生获得2019年，2020年和2021年硕士生国家奖学金共3项。参加国际学术会议3次。. 本项目有利促进人才培养和提高科研团队的科研水平。在本课题研究的基础上，课题组青年教师申请获得国家自然科学基金面上项目1项；国家自然科学青年基金1项；国家博士后基金项目1项。江苏省青年基金1项；江苏省科学基金资助面上项目1项。获得南京医科大学境外联合博士培养项目1项；获得年江苏省博士研究生培养创新工程资助2项。