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癌症是引起死亡的主要疾病之一,但由于缺乏特异性的早期诊断指标和检测手段,以致无法在临床早期进行诊断和治疗。早期检测可显著降低癌症死亡率并提供个体化治疗方案,因此对改变患者临床结果具有重要意义。虽然肿瘤标志物,如AFP、PSA等已广泛用于癌症的诊断,但单一水平的标志物对早期肿瘤检测的敏感性较低,易产生假阳性。研究表明,microRNA(miRNA)通过控制抑癌基因或致癌基因的表达,调控着肿瘤细胞的增殖和转移,并成为新一代肿瘤标志物。大部分miRNA受外泌体囊泡的保护,可以稳定存在于人体的血液、尿液和其他体液中。进一步研究表明外泌体miRNA(Exo-miR)的特征可以有效反映其疾病发生发展,并且Exo-miR的丰度和组成在肿瘤患者和健康个体之间表达不同,因此肿瘤Exo-miR正逐渐发展为癌症诊断的新型标志物。然而Exo-miR的短片段(18-24 nt)和表达丰度低等不足给定量检测技术带来了很大挑战。针对这一问题,构建了一种协同肽核酸(PNA)和球形核酸(SNA)的“三明治”电化学外泌体miRNA传感器(“sandwich”electrochemical exosomal microRNA sensor,SEEmiR)用于肿瘤Exo-miR的高灵敏定量检测。SEEmiR利用电中性肽核酸显著增强了界面捕获探针与电负性目标Exo-miR的互补杂交。更重要的是这种低电荷界面有利于高电负性的球形核酸探针结合,形成夹心式协同纳米探针复合物,提高SEEmiR检测的灵敏度和特异性。在目标Exo-miR出现时,SEEmiR可甄别诶摩尔水平外泌体miRNA引起的电流变化,检测灵敏度达到49 aM。相比无SNA的直接杂交策略,SEEmiR的灵敏度提高了2个数量级。这种高灵敏的SEEmiR技术还可直接测量细胞裂解液,未稀释肿瘤外泌体裂解液和癌症病人血液中的目标miRNA。通过对乳腺癌患者和健康人血液样本外泌体miRNA的表达差异分析,SEEmiR可准确鉴别乳腺癌患者和健康人群,进一步证实Exo-miR等标志物在乳腺癌临床诊断中的潜力。