基于模块化结构设计的新型分子探针在肿瘤细胞荧光成像检测中的研究

In the work, novel modular probes will be developed for fluorescence imaging of cancer cells. The probes possess of modular constructions using DNA assemblies and other advanced functional nanomaterials. The probes using plug-in architectures consist of various functionalized domains including signal recognition, signal amplification and conversion. Biochemical molecules, oligonucleotides and high-performance fluorescent nanomaterials can be used for building the plug-in probe construction. Signal amplification strategies are also necessary for obtaining high-intensity and high resolving power fluorescence microscopy images. This strategy can be widely used in cell recognition, cancer imaging and detection, and also offers important experimental evidence for early diagnosis of cancer.

本项目拟综合运用细胞生物学、分析化学、仿生学等学科知识，开展具有模块化结构设计的新型分子探针的研究，并用于肿瘤细胞的荧光成像检测和分析。这种模块化设计的分子探针利用自组装DNA纳米材料与其它功能纳米材料的有序组装构建而成。它可以将生物识别元件、寡聚核苷酸、高性能荧光纳米材料等功能各异的结构单元，通过“插槽式”的探针结构主体和“插件式”的功能单元的巧妙有序组合，构建结构上灵活可控、“即插即用”、特异性识别能力强、信号灵敏准确的新型分子探针。同时，在探针的构建中利用信号放大方法来获得高亮度、高质量的荧光成像。这类探针将用于多种肿瘤细胞的荧光成像分析和研究，为癌症的早期诊断研究提供一定的实验依据。

本项目开展了模块化生化探针的研究，按照探针中各部分的功能如“分子识别”、“ 信号转化及放大”及 “具体功能”为划分，将生化探针的设计引入模块化概念，设计的新型生化探针将由“模块化配件”以搭配组合的方式来实现不同功能。项目特点在于利用DNA三维自组装技术设计并构建具有一定形貌和尺寸的包含若干“功能插槽”的DNA自组装纳米结构作为“插槽式”主体模块，同时另外两个功能模块可以分别独立地进行结构及功能设计， 最终依靠DNA杂交反应将三个相对独立的模块有机整合起来构建完整的生化探针，可通过更换“功能插件”的方式灵活地组装探针，以实现探针模块化、功能多样化的目的。项目利用这一思路设计并制备了集癌细胞原位识别及成像检测、癌细胞光热治疗等功能为一体的多功能新型生化探针，为癌细胞分析检测及光热治疗方法的研究提供一定的参考意义；同时，项目利用这一思路设计并制备了高效灵敏的生化分子探针，并成功实现了多巴胺、脱氧核糖核酸等的光电化学快速、高灵敏、高特异性的检测，相关成果对生化分子分析检测领域有关生化探针的模块化设计方向有一定的参考意义。