基于新型类石墨烯纳米片实现单细胞水平肺癌早期诊断研究

Due to the complexity and trace amount of intracellular molecules, highly sensitive and specific method together with high-resolution is in an urgent need in cancer screening and early detection. Recently fluorescence probing is one of the most effective approaches for quantitative detection at single-cell level. This project focuses on the design and synthesis of functional two-dimensional graphene analogues nanomaterials for molecular imaging in cells. Particularly, transition metal chalcogenide nanosheets will be used as sensing platform for anchoring molecule recognition probes, such as DNA/RNA, aptamer and molecular beacon. The proposed nanoprobe will be employed as a useful tool for in situ molecular probing in living cells by recovering the quenched fluorescence signal, indicating that “fluorescence on” is an effective approach for quantitative detection of lung cancer at single-cell level. This study aims at addressing challenges in current early screening of lung cancer by developing novel nanoprobes that have unique features of multiplexed sensing (multiple protein biomarkers detection), multimodality imaging (photonics and MRI), cancer-origin-cell-targeting capability (high specificity) and excellent biocompatibility, which will benefit global health.

单细胞内组分通常较为复杂，且含量极低，由此决定单细胞胞内组分分析方法必须具有高特异、高灵敏、高分辨的特征。目前，荧光检测技术因其具有高灵敏度的特点而成为单细胞分析中应用最广的方法之一。本项目着眼于当前国际生物医学检测极具挑战性的单细胞检测研究前沿，拟设计合成性能优异的类石墨烯二维纳米材料，重点利用类石墨烯的过渡金属硫属化合物纳米片作为构建单元，结合多种诸如单链DNA/RNA、核酸适配体、分子信标等多种分子识别工具，构建出一种基于细胞内识别前后荧光淬灭——恢复检出的可视化生物传感器，用于单细胞水平胞内单一或多个肺癌肿瘤标志物的早期检测，有效提高肺癌诊断的灵敏度和准确率 。本项目期望能够提供一个示范性的细胞层面肿瘤标志物的早期检测的传感分析技术，成为保障国民健康的利器。

细胞是组成生物体的基本单元。生物体的生命活动均是在细胞内实现的。随着生命科学和纳米技术的飞速发展，单细胞层面的分析技术成为生命科学与其它学科交叉的前沿热点研究领域。然而单细胞内组分通常较为复杂，且含量极低，因此对胞内组分的分析方法必须具有高特异、高灵敏、高分辨的特征。目前，荧光检测技术因其具有高灵敏度的特点而成为单细胞分析中应用最为广泛的方法之一。本项目着眼于当前国际生物医学检测中极具挑战性的单细胞检测研究前沿，研制了多种以类石墨烯二维纳米材料、纳米蛋白质笼和纳米碳材料等为载体，结合了如单链DNA/RNA、核酸适配体、分子信标等多种分子识别工具后构筑的荧光探针，完成了纳米材料及荧光探针的可控合成、修饰、组装与表征工作。构建出了多种基于细胞内识别前后荧光淬灭—恢复检出的可视化生物传感器，用于单细胞水平胞内单一或多个肺癌肿瘤标志物的早期检测，有效提高了肺癌诊断的灵敏度和准确率。本项目有望提供示范性的细胞水平的肿瘤标志物的早期检测的传感分析技术，以成为保障国民健康的利器。