DNA分子机器在人血清中肿瘤标志物检测中的应用研究

DNA machine which is based on isothermal DNA amplification techniques has many advantages due to excellent properties of DNA and obvious amplification from isothermal recycling effect in detection of cancer diseases. However, the current detecting object is limited to nucleic acids which exists only inside the tumor cells. That means that the disease need to be detected after extraction of cells and other operations, which is very traumatic for patient.While,current detection of serum tumor biomarker with low level of trauma showed lower sensitivity due to the limitations of detection methods compared with nucleic acid tumor markers. If amplified DNA molecular machine stretagy could be applied to detect serum tumor markers, it is expected to achieve very sensitive detection of tumor markers. And it will has far-reaching implications for early warning and monitoring of cancer diseases. This research project intends to carry on the study of new method to detect serum tumor markers combined with isothermal DNA amplification combined cycle strategy and develope a high sensitivity sensor system for simple, efficient, sensitive and accurate clinical detection of serum tumor markers with low-trauma process.

基于等温扩增技术的DNA分子机器由于DNA的优良可设计性和等温循环反应明显的放大作用被用于肿瘤疾病的检测，但是目前检测对象多局限于有适体的少量蛋白或核酸类的肿瘤标志物。核酸类肿瘤标志物基本上仅存在于肿瘤细胞内部，这就意味着在疾病检测过程中需要进行组织活检提取细胞等操作，检测过程对病人创伤比较大，不利于肿瘤疾病的早期、广泛筛查。而目前创伤比较小的血清类肿瘤标志物的检测由于检测方法的局限性，灵敏度远低于核酸类肿瘤标志物。如果能将DNA分子机器放大策略应用于血清类的肿瘤标志物的检测中，有可能实现一滴血中肿瘤标志物的灵敏检测，对肿瘤疾病的早期预警及筛查具有深远意义。基于此，本项目从DNA等温循环放大策略和血清类肿瘤标志物的结合入手，开发针对血清类肿瘤标志物的高灵敏DNA分子机器传感体系，从而建立简单、高效、灵敏及准确的血清类肿瘤标志物检测技术以实现早期肿瘤的低创伤临床检测。

本项目以建立与人口健康密切相关的恶性肿瘤等重大疾病早期准确诊断新方法为总体目标，针对目前癌症早期诊断技术存在的问题申请人围绕肿瘤标志物检测技术开展了一系列研究工作，针对肿瘤等疾病早期检测方法操作复杂、价格昂贵、灵敏度与准确性尚需提高等问题，综合利用功能化纳米材料技术、分子标记、纳米材料修饰技术、工具酶循环等信号放大技术，开展了肿瘤标志物，包括DNA、蛋白质、细胞中生命活性分子及肿瘤细胞的检测，实现了肿瘤标志物的高灵敏、高选择性分析。主要工作分为以下几个方面：（1）设计并构建了多功能纳米材料例如石墨烯、金纳米粒子多元、协同的功能界面，显著提高了生物传感过程中的生物分子识别能力。系统研究了具有类过氧化物酶活性的石墨烯-铁卟啉-金纳米复合物的可控合成，基于其优良的光/电传感性能，可通过电化学或电致化学发光方法灵敏测定肿瘤细胞表面过表达糖基、癌胚抗原（CEA）等肿瘤标志物。（2）构建DNA功能化的金纳米颗粒探针，细胞内原位放大检测靶标micro RNA，实现细胞内miRNA21的灵敏荧光成像检测。（3）设计基于金属依赖性脱氧核酶辅助新型纳米机器循环放大的生物传感策略，实现对血清中前列腺特异性抗原（PSA）高灵敏检测。项目研究成果为癌症早期灵敏诊断提供方法基础，对于重大疾病的临床早期诊断、治疗提供了重要理论参考和应用模型。