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早期診斷：讓微RNA發(fā)光，改變液體活檢的納米技術(shù)
日期：2024-11-22 09:24
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摘要：在癌癥早期診斷領(lǐng)域，通過(guò)檢測(cè)血液或尿液中與腫瘤相關(guān)的生物標(biāo)記物來(lái)診斷癌癥的液體活檢與傳統(tǒng)活檢相比侵入性更低，更為經(jīng)濟(jì)省時(shí)，需要專(zhuān)業(yè)技能也較少。循環(huán)DNA（circulating DNA），微RNA（microRNA， miRNA），和其它非編碼RNA都可以成為與**相關(guān)的生物標(biāo)記物。日前，美國(guó)紀(jì)念斯隆-凱特琳癌癥中心（Memorial Sloan Kettering Cancer Center）利用“單壁碳納米管”的光譜特性制成一種能夠直接檢測(cè)血液或尿液中miRNA的納米傳感器。這一**不但可以讓液體活檢更為標(biāo)準(zhǔn)化，而且讓在人體內(nèi)實(shí)時(shí)檢測(cè)生物標(biāo)記物也成為可能。
目前的多...
在癌癥早期診斷領(lǐng)域，通過(guò)檢測(cè)血液或尿液中與腫瘤相關(guān)的生物標(biāo)記物來(lái)診斷癌癥的液體活檢與傳統(tǒng)活檢相比侵入性更低，更為經(jīng)濟(jì)省時(shí)，需要專(zhuān)業(yè)技能也較少。循環(huán)DNA（circulating DNA），微RNA（microRNA， miRNA），和其它非編碼RNA都可以成為與**相關(guān)的生物標(biāo)記物。日前，美國(guó)紀(jì)念斯隆-凱特琳癌癥中心（Memorial Sloan Kettering Cancer Center）利用“單壁碳納米管”的光譜特性制成一種能夠直接檢測(cè)血液或尿液中miRNA的納米傳感器。這一**不但可以讓液體活檢更為標(biāo)準(zhǔn)化，而且讓在人體內(nèi)實(shí)時(shí)檢測(cè)生物標(biāo)記物也成為可能。
目前的多種miRNA檢測(cè)手段介紹（圖片來(lái)源：《Nature Biomedical Engineering》）
微RNA由于在體液中很好的穩(wěn)定性成為液體活檢中重要的生物標(biāo)記物之一。目前多種miRNA檢測(cè)方法都有各自的缺陷：以qPCR為基礎(chǔ)的檢測(cè)方法靈敏度很高，但是樣本提純和片段復(fù)制步驟可能引入系統(tǒng)誤差和噪音。基因芯片(microarray)的方法靈敏度不高，而且假陽(yáng)性比例較高。*新的RNA測(cè)序(RNA-Seq)雖然非常靈敏和準(zhǔn)確，但是操作步驟和數(shù)據(jù)處理過(guò)程繁雜，導(dǎo)致不同實(shí)驗(yàn)室之間的結(jié)果很難相互比較。不同的樣本提純?cè)噭┖幸矔?huì)帶來(lái)各自的系統(tǒng)偏差。那么有沒(méi)有方法能夠避免這些缺陷呢？
一種納米傳感器有望能彌補(bǔ)miRNA檢測(cè)手段的不足（圖片來(lái)源：《Nature Biomedical Engineering》）
紀(jì)念斯隆-凱特琳癌癥中心的研究人員合成的納米傳感器解決了這些問(wèn)題。這種納米傳感器由一條單鏈DNA片段和單壁碳納米管構(gòu)成。單鏈DNA片段包括一個(gè)納米管結(jié)合序列和一個(gè)miRNA-19結(jié)合序列。單壁碳納米管的光譜特性是它釋放的光信號(hào)的波長(zhǎng)和強(qiáng)度會(huì)隨著管壁表面附著的分子的變化而改變。當(dāng)單鏈DNA片段與納米管結(jié)合時(shí)納米管釋放的熒光波長(zhǎng)位于近紅外區(qū)。而如果環(huán)境中存在miRNA-19的DNA或RNA片段時(shí)，miRNA-19結(jié)合序列會(huì)從納米管上脫離，與miRNA-19片段相結(jié)合。這導(dǎo)致在納米管上暴露出來(lái)的區(qū)域被溶液中的SDS占據(jù)。這個(gè)變化導(dǎo)致納米管釋放的熒光波長(zhǎng)藍(lán)移(blue-shift)并且熒光強(qiáng)度變強(qiáng)。這個(gè)熒光波長(zhǎng)和強(qiáng)度的變化能夠被檢測(cè)儀器**地檢測(cè)出來(lái)。
這種納米傳感器有很高的特異性，它能成功識(shí)別miRNA-19序列，而對(duì)包含423種隨機(jī)序列的寡聚核苷酸庫(kù)沒(méi)有反應(yīng)。而且它的敏感性也很高，能夠檢測(cè)到濃度為10～100pM的miRNA。更為重要的是這種納米傳感器直接與樣本miRNA結(jié)合，熒光信號(hào)被直接讀出，不需要樣本提純和片段復(fù)制的過(guò)程，因而避免了現(xiàn)有miRNA檢測(cè)方法中的固有缺陷。
與特異miRNA分子的結(jié)合，會(huì)改變納米管光信號(hào)的波長(zhǎng)（圖片來(lái)源：《Nature Biomedical Engineering》）
這種納米傳感器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于由于它釋放的熒光波長(zhǎng)處于近紅外區(qū)，這些熒光信號(hào)可以穿越組織和皮膚仍然被儀器檢測(cè)到。這意味著這些納米傳感器可以被植入到人體內(nèi)，成為實(shí)時(shí)檢測(cè)生物標(biāo)記物存在的傳感器。研究人員將它們植入到小鼠的腹腔中，當(dāng)miRNA-19被注射到腹腔中時(shí)，透過(guò)小鼠的皮膚，研究人員能夠檢測(cè)到納米傳感器與miRNA-19結(jié)合時(shí)發(fā)出的熒光信號(hào)?？茖W(xué)家們的預(yù)想是在未來(lái)可以將檢測(cè)多種生物標(biāo)記物的不同納米傳感器移植到患者體內(nèi)，患者用可穿戴設(shè)備對(duì)這些生物標(biāo)記物進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。這將給早期診斷帶來(lái)**性的變化。
目前的多種miRNA檢測(cè)手段介紹（圖片來(lái)源：《Nature Biomedical Engineering》）
微RNA由于在體液中很好的穩(wěn)定性成為液體活檢中重要的生物標(biāo)記物之一。目前多種miRNA檢測(cè)方法都有各自的缺陷：以qPCR為基礎(chǔ)的檢測(cè)方法靈敏度很高，但是樣本提純和片段復(fù)制步驟可能引入系統(tǒng)誤差和噪音。基因芯片(microarray)的方法靈敏度不高，而且假陽(yáng)性比例較高。*新的RNA測(cè)序(RNA-Seq)雖然非常靈敏和準(zhǔn)確，但是操作步驟和數(shù)據(jù)處理過(guò)程繁雜，導(dǎo)致不同實(shí)驗(yàn)室之間的結(jié)果很難相互比較。不同的樣本提純?cè)噭┖幸矔?huì)帶來(lái)各自的系統(tǒng)偏差。那么有沒(méi)有方法能夠避免這些缺陷呢？
一種納米傳感器有望能彌補(bǔ)miRNA檢測(cè)手段的不足（圖片來(lái)源：《Nature Biomedical Engineering》）
紀(jì)念斯隆-凱特琳癌癥中心的研究人員合成的納米傳感器解決了這些問(wèn)題。這種納米傳感器由一條單鏈DNA片段和單壁碳納米管構(gòu)成。單鏈DNA片段包括一個(gè)納米管結(jié)合序列和一個(gè)miRNA-19結(jié)合序列。單壁碳納米管的光譜特性是它釋放的光信號(hào)的波長(zhǎng)和強(qiáng)度會(huì)隨著管壁表面附著的分子的變化而改變。當(dāng)單鏈DNA片段與納米管結(jié)合時(shí)納米管釋放的熒光波長(zhǎng)位于近紅外區(qū)。而如果環(huán)境中存在miRNA-19的DNA或RNA片段時(shí)，miRNA-19結(jié)合序列會(huì)從納米管上脫離，與miRNA-19片段相結(jié)合。這導(dǎo)致在納米管上暴露出來(lái)的區(qū)域被溶液中的SDS占據(jù)。這個(gè)變化導(dǎo)致納米管釋放的熒光波長(zhǎng)藍(lán)移(blue-shift)并且熒光強(qiáng)度變強(qiáng)。這個(gè)熒光波長(zhǎng)和強(qiáng)度的變化能夠被檢測(cè)儀器**地檢測(cè)出來(lái)。
這種納米傳感器有很高的特異性，它能成功識(shí)別miRNA-19序列，而對(duì)包含423種隨機(jī)序列的寡聚核苷酸庫(kù)沒(méi)有反應(yīng)。而且它的敏感性也很高，能夠檢測(cè)到濃度為10～100pM的miRNA。更為重要的是這種納米傳感器直接與樣本miRNA結(jié)合，熒光信號(hào)被直接讀出，不需要樣本提純和片段復(fù)制的過(guò)程，因而避免了現(xiàn)有miRNA檢測(cè)方法中的固有缺陷。
與特異miRNA分子的結(jié)合，會(huì)改變納米管光信號(hào)的波長(zhǎng)（圖片來(lái)源：《Nature Biomedical Engineering》）
這種納米傳感器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于由于它釋放的熒光波長(zhǎng)處于近紅外區(qū)，這些熒光信號(hào)可以穿越組織和皮膚仍然被儀器檢測(cè)到。這意味著這些納米傳感器可以被植入到人體內(nèi)，成為實(shí)時(shí)檢測(cè)生物標(biāo)記物存在的傳感器。研究人員將它們植入到小鼠的腹腔中，當(dāng)miRNA-19被注射到腹腔中時(shí)，透過(guò)小鼠的皮膚，研究人員能夠檢測(cè)到納米傳感器與miRNA-19結(jié)合時(shí)發(fā)出的熒光信號(hào)?？茖W(xué)家們的預(yù)想是在未來(lái)可以將檢測(cè)多種生物標(biāo)記物的不同納米傳感器移植到患者體內(nèi)，患者用可穿戴設(shè)備對(duì)這些生物標(biāo)記物進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。這將給早期診斷帶來(lái)**性的變化。
