基于血糖仪的癌症早期DNA甲基转移酶即时灵敏检测新方法研究

Rapid, simple and sensitive determination of biomolecules has become increasingly important in early clinical diagnosis. DNA methyltransferase (MTase) is associated with cancerous disease. Aberrant activity of MTase usually occurs before other signs of malignancy, which exhibits potential use for early cancer diagnosis, and thus has become a predictive biomarker and therapeutic target for various types of cancers. Inspired by the social need of portable point-of-care detection and the nowadays advanced scientific achievements in the biomedical analysis field, this project intends to establish a point-of-care method for the detection of MTase based on the commercially available glucometer as the signal transducer. By using the DNA polymerase-assisted strand displacement, DNA isothermal cyclic amplification and DNA hybridization chain reaction for signal amplification, and taking advantage of magnetic nanomaterials for easy separation and enrichment and the specific binding effect of biotin-streptavidin, our method is expected with low detection limits and easy operation process. In conclusion, this proposed project will provide a simple, sensitive, rapid and effective new method for MTase determination, which makes it a useful addition to the biosensor arena and lays certain foundation of early cancerous disease diagnosis.

对生物分子进行快速、简单、灵敏检测在临床早期诊断中日趋重要。DNA甲基转移酶与癌症相关，机体中异常的DNA甲基转移酶通常先于其他恶性肿瘤征兆产生，可以在更早阶段提示癌症相关疾病的发生，因此成为癌症早期诊断的生物标志物和临床抗癌药物的潜在治疗靶标。针对当今社会对便携即时检测的要求，受启发于时下生物医学分析领域的先进科研成果，本项目拟开展以便携式血糖仪为分析信号输出仪器的甲基转移酶即时检测研究。由于借助了DNA聚合酶链置换、DNA等温循环扩增和DNA杂交链反应的信号放大能力，生物素-链霉亲和素的特异性结合作用及磁性纳米材料易于分离富集的固有优势，该方法以期具有较低的检出限及过程易于操作的特点。总之，本项目将发展一种简单、灵敏、快速且有效的新方法用于甲基转移酶的即时检测，这不仅是对生物传感器领域方法学的丰富,也为癌症的早期诊断奠定一定的基础。

DNA甲基转移酶（DNA MTase）参与多种生物学过程并与人类某些恶性疾病的发病机制密切相关，被认为是癌症早期诊断的生物标志物和临床抗癌药物的潜在治疗靶标。因此，亟待建立一种灵敏准确的DNA MTase检测方法服务于癌症的早期诊断和抗癌药物的研发。本项目采用便携式血糖仪为主要信号输出工具，辅以电化学、光谱学等手段，借助纳米材料学及分子诊断学领域的新技术，通过与现有方法和技术获得的研究结果互为比较和补充，探索新型生物分子即时检测模型，构建了一系列高灵敏DNA甲基化传感器，为恶性疾病早期诊疗提供方法学支撑和技术支持。三年来，在该基金项目支持下，以第一作者身份发表SCI论文三篇（Biosensors and Bioelectronics, 2019, 134, 117-122；Analytica Chimica Acta, 2018, 1001, 18-23；Analytical Methods, 2017, 9, 2933-2938.），另有一篇第一通讯作者论文正在返稿中（Analytica Chimica Acta, 2020, revised.）。具体学术成绩如下：.（1）通过生物素-链霉亲和素特异性作用将蔗糖酶直接修饰DNA探针，利用酶催化蔗糖转化葡萄糖的高效性，构建便携式血糖仪响应的即时检测传感器，实现对DNA MTase（M.SssI）的简单灵敏分析。.（2）提出了一种基于聚合酶/剪切酶辅助DNA恒温扩增和酶催化反应的双重信号放大策略，利用磁珠易于分离富集的优点，构建了以血糖仪为信号输出工具的即时检测传感器，实现了对DNA MTase（M.SssI）的高灵敏分析。.（3）合成了具有良好电化学活性和生物相容性的纳米金/金属有机框架复合材料并固载大量蔗糖酶，将其作为信号标记物，构建了电化学和血糖仪双响应性的生物传感器，实现在同一敏感界面对DNA MTase（Dam MTase）的协同准确高灵敏即时分析。