蘇州醫工所繆鵬課題組在ctDNA高靈敏檢測方面取得進展

作者:繆鵬 時間:2022-04-14

  核酸檢測的應用主要包括病原體分析、遺傳疾病鑒定、腫瘤早期診斷、酶活分析等。例如,循環腫瘤DNA(circulating tumor DNA, ctDNA)是一種來源于惡性細胞的游離DNA片段,攜帶腫瘤特異性序列改變。ctDNA釋放的確切機制目前仍未知,推測可能與瀕死細胞的凋亡或壞死有關。通過對ctDNA的定量分析可以獲得一系列腫瘤病灶的信息,包括基因點突變、基因組完整程度等。因此ctDNA是一種個性化的腫瘤標志物,在癌癥診斷和惡性程度評估等方面能夠起到關鍵作用。

  近期,蘇州醫工所繆鵬研究員課題組發展了一種基于環狀雙足DNA步行反應的電化學納米機器,用于ctDNA等核酸指標的高靈敏分析。

  首先通過序列設計在DNA探針AB之間搭建pH可控調節的分子間三螺旋DNA納米結構,構建出可再生的修飾電極界面。

  隨后,設計了一種簡單有效的鏈置換策略來放大目標核酸序列的信息。通過將引物與模板序列進行一體化設計,整合于單條發夾結構DNA探針中,有效提升了反應速率,在目標核酸序列存在條件下可生成大量包含目標序列的單鏈DNA用于下游反應。

  接著,發展了環狀雙足DNA步行反應策略。設計的啞鈴結構DNA探針環部分包含有DNA核酶,初始狀態下無法與電極界面軌道鏈結合反應,處于失活狀態。當其被上步鏈置換反應產生的單鏈DNA所作用時,可逐步釋放啞鈴環,同時,該探針的5’3’端之間依次發生自身雜交,形成環狀DNA結構。環狀雙足步行鏈可進一步與修飾有軌道鏈的電極發生作用,持續催化裂解反應從而誘導電化學響應的變化。

  基于該策略,在優化的實驗條件下實現了2.2 aM(約1.3 copy/μL)的核酸檢測靈敏度。此外該方法具有良好的序列選擇性。進一步對臨床血清樣本、咽拭子樣本等進行了測試驗證,通過對異常電化學信號的分析可以在健康對照組中有效分辨出相應患者。該策略也為目前迫切需求的急性感染性疾病病毒核酸檢測提供了一種快速高靈敏的新方法。

  相關工作得到了國家重點研發計劃(2017YFE0132300)等項目的資助。結果已發表ACS Nano, 2022, 16, 4726-4733 (IF=15.881) 

  論文鏈接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c11582 

 圖1 基于環狀雙足步行反應的電化學核酸檢測原理示意圖

 圖2 基于方波伏安曲線峰電流分辨(A)乳腺癌患者與健康對照,(B)新冠陽性患者與康復對照

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