多功能复合荧光纳米传感器用于HIV病毒的治疗诊断学研究

The human immunodeficiency virus (HIV) is a member of the retroviral family and is responsible for the acquired immunodeficiency disease AIDS. Theranostics combined the modalities of diagnostic imaging and therapy will become very important in HIV research. In this work, we propose to develop a multifunctional upconversion nanosensor for HIV viral particle visualized detection and inhibitor controlled release in living cells. A fluorescence resonance energy transfer (FRET) system is constructed by conjugating magnetic nanoparticles and upconversion fluorescence nanocrystal with a hairpin DNA sequence. The stem-loop structure of the hairpin DNA sequence can be opened by HIV genomic RNA targeting, following the fluorescence intensity obviously enhanced based on the termination of FRET effects. The utilization of magnetic nanoparticles can preconcentrate the target molecules, thus efficiently improve the detection sensitive. Meanwhile, viral inhibitor can be intercalated into the double strands region, and released by HIV genomic RNA targeting. The construction of multifunctional nanosensor not only develops a novel method for HIV visualized detection and therapy, but also provides a model for the study of other viruses’ theranostics.

HIV病毒是艾滋病的主要成因，探索研究HIV病毒的治疗诊断学具有十分重要的社会意义。在本研究中，拟构建一种新型的复合上转换荧光纳米传感器用于HIV病毒的可视化、高灵敏检测，并调控性释放病毒抑制剂干扰子代病毒复制。利用发夹型DNA序列连接磁性纳米颗粒和上转换荧光纳米颗粒，构建荧光共振能量转移（FRET）体系，并将病毒抑制剂插入在DNA序列的双链结构中。当HIV病毒基因组RNA与DNA序列特异性结合，FRET效应终止，荧光显著增强；同时，根据目标RNA的杂交数量，有效调控病毒抑制剂的释放，破坏病毒的生命循环过程。利用磁性分离手段对目标物质进行分离富集，进一步提高HIV病毒的检测灵敏度。本研究拟构建的复合荧光纳米传感器，不仅为备受关注的HIV病毒的可视化、高灵敏检测和治疗提供了解决途径；更可以作为一种标准模型，替换核酸靶向序列和病毒抑制剂，用于多种病毒颗粒的治疗诊断学研究。

活细胞内单个RNA检测和示踪，对于疾病诊断和病毒侵染机理研究等具有重要意义，但仍存在挑战。我们构建了一种价态可控的新型量子点纳米信标，实现了活细胞内单个RNA的可视化检测，并利用该量子点信标实现了艾滋病毒粒子内单个RNA的荧光标记和单病毒脱壳过程动态示踪。我们构建了一端修饰CdTe: Zn2+量子点，另一端修饰猝灭基团的发夹型DNA信标探针。通过调控DNA上所含有的硫代G碱基数目的不同，实现了量子点表面DNA分子个数（价态）的精准控制。其中，量子点表面只偶联一条DNA的纳米信标与靶标结合后，荧光恢复效果最好，信噪比高，可用于单个RNA的标记与检测；该探针用于活细胞内HIV-1潜伏-激活研究，实现了单个RNA的荧光成像与检测；在病毒组装过程中，量子点信标也可以标记病毒RNA并包装于病毒粒子内，用于单个艾滋病毒脱壳过程动态示踪研究。此外，该技术还可以用于其它核酸序列的荧光标记与检测，为低浓度核酸的高灵敏检测和活细胞内核酸标记与成像分析提供了解决方案。