基于DNA金属化电化学信号放大技术的循环肿瘤DNA检测方法及POCT芯片研究

As an important member in the field of liquid biopsy, the research of ctDNA is in its initial stage. The detection of ctDNA is facing many challenges, and there are still many technical limitations to be solved. The development of cost effective, rapid response, high sensitivity and high selectivity detection method for ctDNA analysis is of great significance in clinical application prospects and social benefits. According to the clinical molecular biological characteristics of ctDNA, this project intends to design and construct an electrochemical biosensing system using magnetic nanoclamps to purify the clinical samples and DNA metallization as the signal amplification strategy to enhance the electrochemical signal generated in the process of nucleic acid molecular recognition. The PCR-free method developed in this project can prevent the nonspecific adsorption of other biomolecules and realize the direct detection of ctDNA in clinical samples even at the presence of large amount of cell-free DNA. Furthermore, a point-of-care-test (POCT) chip for ctDNA analysis was fabricated by combining the above electrochemical sensing system and microfluidic system to achieve the fast, sensitive and specific detection of ctDNA in clinical samples in order to explore the role of ctDNA in cancer diagnosis and treatment, and to provide more information for its biomedical and clinical application.

作为液体活检领域中重要的一员，目前ctDNA的研究处于初始阶段，针对ctDNA的分析面临着许多挑战，仍然有许多亟待攻克的技术局限。发展性价比高、响应迅速、灵敏度和选择性高的检测手段用于ctDNA的分析具有巨大的临床应用前景及社会效益。本项目拟根据ctDNA的临床分子生物学特征，有目的地设计及构建基于“磁性纳米钳”的ctDNA纯化体系及DNA金属化信号放大体系的电化学传感体系，增强核酸分子识别过程中产生的电化学信号，屏蔽临床样本中其他生物分子的非特异性吸附，实现不依赖于PCR扩增的ctDNA直接检测及复杂临床样本中大量cfDNA共存条件下微量ctDNA的准确分析。此外进一步将构建的电化学传感体系与微流控体系相结合构建用于ctDNA分析的床边检测POCT芯片，实现对临床样本中ctDNA基因突变的快速、灵敏、特异性检测，探索ctDNA在癌症诊疗中的作用，为其生物医学及临床应用提供参考和指导依据。

作为液体活检领域中重要的一员，目前ctDNA的研究处于初始阶段，针对ctDNA的分析面临着许多挑战，仍然有许多亟待攻克的技术局限。发展性价比高、响应迅速、灵敏度和选择性高的检测手段用于ctDNA的分析具有巨大的临床应用前景及社会效益。本项目旨在构建用于ctDNA分析的床边检测POCT芯片，实现对临床样本中ctDNA基因突变的快速、灵敏、特异性检测，探索ctDNA在癌症诊疗中的作用，为其生物医学及临床应用提供参考和指导依据。根据ctDNA的临床分子生物学特征，所构建的传感器必须具有足够高的灵敏度、选择性及抗其他生物样本干扰能力。因此，本项目研究开发了系列功能化复合纳米材料作为电极修饰材料或者电化学信号探针来提高电化学传感器的检测性能。同时借助核酸循环放大技术及比率电化学技术进一步提高传感器的检测灵敏度及准确性。最终通过上述研究实现了项目计划书中的主要研究内容，实现了不依赖于PCR扩增的ctDNA直接检测及复杂临床样本中大量cfDNA共存条件下微量ctDNA的准确分析。此外，本项目还研究了用于核酸分析的自数字化微流控芯片，测试了其在单通道和多重核酸检测中的分析性能。最终将上述构建的电化学ctDNA传感器与自数字化微流控芯片整合构建一体化POCT芯片用于临床ctDNA分析。在本项目资助下共发表SCI收录研究论文8篇（包括Analytical Chemistry 1篇，Biosensors and Bioelectronics 1篇，Sensors and Actuators B Chemical 1篇，Chemical Science 1篇，Journal of Materials Chemistry B 2篇，Biosensors 1篇, Microchimica Acta 1篇），在投论文3篇（Lab on a Chip 2篇，Small methods 1篇），申请国家发明专利2件。课题组有2位青年教师获批国家自然科学基金青年基金项目资助、2项市级项目和2项省高校自然科学基金项目资助，4位教师入选江苏省双创博士人才计划，2人入选江苏特聘教授人才计划。项目主持人在本项目资助下顺利开展研究工作，新增系列科研成果，并利用上述成绩顺利获批江苏省杰出青年基金项目资助。在该项目资助下，培养已毕业硕士研究生1人，在读硕士研究生10人，在读博士2人，获批南通市重点实验室。