基于表面增强拉曼光谱检测生物标志物技术的研究

A biomarker is defined as a characteristic that is objectively measured and evaluated as an indicator of normal biological processes, pathogenic processes, or pharmacologic response to a therapeutic intervention. At present, biomarker is a basic of clinical research and a focus of new therapeutic approaches development. Many methods for high sensitive and specific detecting biomarker had been studied. Surface-enhanced Raman spectroscopy(SERS) has advantages of low sample require, high degree of structural information about the molecule, high sensitive and selective. Biomarker detection based on SERS was beneficial for disease identification, early diagnosis and prevention, treatment process monitoring. A series of SERS detection methods with sensitive and specific will be developed for biomarker such as protein, ribonucleic acid (micro RNA). These technologies will be apply in complex biological samples and cells for standard method establishment. It is expected to be used for rapid, accurate, sensitive to the clinical diagnosis of various diseases.

生物标志物作为一种临床客观测定和评价的生化指标，有助于对生理、病理或治疗过程进行判断，是目前临床研究的基础和开发新治疗方法的着眼点。为了对生物标志物实施高灵敏和高特异地检测，已经有大量方法对其进行了研究。表面增强拉曼光谱（SERS）具有所需样品少，反映结构信息量大，高灵敏度和高分辨率的优势，能够超灵敏地检测疾病特异性的生物标志物, 为人们对于疾病的鉴定、早期诊断及预防、治疗过程中的监控起到帮助作用。申请者拟发展基于SERS检测生物标志物的技术，研究发展可以超灵敏高特异性地检测蛋白质、核糖核酸（miRNA）等生物标志物的技术，探索这种基于SERS检测生物标志物技术在复杂生物样品体系、细胞内应用，建立检测一类生物标志物的标准方法，最终将其应用于临床快速、准确、灵敏地诊断各类疾病。

生物标志物的高灵敏和特异性检测对癌症等疾病的临床诊断和治疗有重要意义。本项目利用表面增强拉曼光谱（SERS）研究了一系列生物标志物的高灵敏检测技术，主要包括：（1）利用核酸指数扩增反应（EXPAR）与SERS检测肺癌细胞中的多个miRNA。这种miRNA检测方法的检测限达到0.5 fM，可以区分出目标miRNA及其一个碱基错配序列和相似序列，还能同时检测肺癌细胞中多个目标miRNA，因而在癌症的临床早期诊断上具有潜在的应用价值。（2）利用指数链置换扩增（SDA）与SERS检测基因点突变。这种方法检测限达1.4 pM,并能区分低至1%的点突变目标物。另外，这种方法还可应用于细胞溶解产物中目标物的分析，这些结果表明其具有基因分析和疾病诊断的潜力。（3）利用滚环扩增（RCA）方法高灵敏检测甲基化酶，其检测限可达到1.29×10-4 U/ml，这种方法在疾病早期诊断和药物筛选方面具有广阔的应用前景。（4）利用单分子检测技术同时检测两种肺癌细胞。这种方法检测A549和H23细胞的检测限分别低至15个/mL和4个/mL，该方法有望应用于临床早期诊断，尤其适用于对个数含量低的细胞的检测。本项目在国际期刊Anal. Chem.，Chem. Commun.和Biosens. Bioelectron.共计发表4篇SCI论文，获得授权国家发明专利1项，另有3项国家发明专利正在受理当中，超额完成目标。