基于信号放大技术在肿瘤细胞及其标志物中的研究

摘要

本文采用表面增强拉曼散射分析方法和荧光分析方法，设计纳米金生物条码用于SERS活性检测，构建了基于靶循环放大方法和聚合剪切引发的循环放大方法、基于三螺旋分子探针和滚环复制的循环放大方法、基于靶引发的发卡DNA循环放大方法，实现了对溶菌酶、miRNA等肿瘤标志物的高灵敏、高特异性检测。本研究主要内容包括：
　　⑴利用简单方法制备了一种新型的DNA四螺旋结构分子(FHJM)探针，它包含三个功能部分:适体-目标物识别区域，引发循环放大反应的触发区域，聚合-剪切放大反应的模板区域。四螺旋结构分子探针中的引发链DNA-1被设计成含有溶菌酶适配子的一段序列，用于靶的识别，并构成了四螺旋结构分子探针左侧两边手臂中的一支。用于聚合剪切的模板链DNA-2通过瓦特生-克里克碱基互补配对构成了四螺旋结构分子探针中的右边部分。它右侧的两个分支通过单链DNA-b连接从而构成了四螺旋结构分子探针右侧的环形部分，基于交叉碱基配对原理，触发链DNA-b构成了我们分支探针的四螺旋序列。当存在溶菌酶时，它可以与DNA-6链杂交。我们首次将这种探针引入到表面增强拉曼散射(SERS)检测技术中,成功发展了一种FHJM-SERS检测方法，实现了对溶菌酶的高灵敏度检测，检测限可以低至0.5fM。结合了适体识别技术，FHJM-SERS的检测方法具有很好的特异性，如果把各种识别单元植入到这种FHJM探针中，将可能构建一种能够识别各种目标物的传感平台。另外，该方法为我们提供了一个高灵敏性的平台，这极大的拓展了我们的研究视野。
　　⑵基于核酸分子聚集体(NAMAs)在氧化石墨烯纳米片(graphene oxide，简称GO)上自组装和由靶识别区域及引发滚环放大反应的引物区域构成的三螺旋结构，我们研发了一种新型的，高灵敏的方法来检测miRNA和进行细胞内成像分析，这是首次将滚环放大反应引入细胞内进行。修饰有FAM荧光基团的单链DNA能够被氧化石墨烯纳米片猝灭，但当远离时，又会重新恢复荧光。值得注意的是，核酸分子自组装策略被成功的应用于低丰度靶miRNA的检测和细胞内成像分析。与传统的滚环放大反应比较，自组装的核酸分子聚集体能在细胞内聚集并在单个的癌细胞内产生明亮的荧光斑点，因此可以显著的区别癌细胞和正常细胞。基于核酸分子聚集体的细胞内靶miRNA成像技术对早期癌症检测起到了极大的促进作用，成为一种新型有效的可视化细胞检测技术。
　　⑶通过对介孔二氧化硅纳米粒子的氨基化修饰(PCMSNs)，使其表面呈正电，利用正负电相互吸引，使得核酸分子聚集体在其表面发生自组装之后进入细胞，在此原理的基础上，首次设计了基于氨基修饰的介孔二氧化硅纳米粒子核酸分子聚集体(ONAAs)自组装，引发单细胞内杂交链式反应(HCR)，实现对靶microRNA的检测。由此，我们构建了一种新型的ONAAs-PCMSNs策略用于单细胞内靶miRNAs的分析。整个策略的设计关键是核酸分子通过静电作用发生自组装，能够引发杂交链式反应，进而实现信号分子的聚集与放大。我们设计了两种发卡结构的探针DNA-N1和DNA-N2，其中DNA-N2分别修饰荧光分子ROX和猝灭分子BHQ。发卡探针DNA-N1和DNA-N2的环部区域可以灵活的在表面带有正电荷的PCMSNs上发生自组装；当探针N1和N2在PCMSNs表面自组装后，导入活细胞内进行孵育，在靶的诱导作用下使其表面的N1发生游离或者流动性增加。然后，大量的发卡N2链的茎部被打开。在该方法中，链式反应通过N1和N2的交替杂交而引发，形成N1和N2的聚集体。由于静电吸引作用，杂交链式反应产物在PCMSNs表面发生自组装，形成具有稳定的构象的核酸分子聚集体，进而产生相应的荧光信号的变化。和之前的氧化石墨烯纳米片作载体检测细胞内靶相比，放大效率显著提高。