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周楠迪教授团队在Biosensors and Bioelectronics发表了基于DNA六面体纳米结构实现循环肿瘤DNA同时检测的研究成果

来源:   发布时间 :2021-05-12  点击量:

近期,我校生物工程学院周楠迪教授团队在利用DNA自组装技术构建肿瘤标志物生物传感器方面取得重要进展,研究成果“An ultrasensitive biosensor for dual-specific DNA based on deposition of polyaniline on a self-assembled multi-functional DNA hexahedral-nanostructure”正式发表于Biosensors and Bioelectronics (IF=10.257)https://doi.org/10.1016/j.bios.2021.113066)。

在世界卫生组织发布的《2020全球癌症报告》中显示,2020年全球新发癌症病例1929万例,引起了社会的广泛关注,而癌症的早期筛查和诊断是提高治愈率,降低致死率的关键手段。循环肿瘤DNActDNA)是单链或双链由肿瘤细胞产生并释放至循环系统的DNA片段,可用作肿瘤诊断的生物标志物,但其在血清中的浓度极低不易被检出。Kras DNABraf DNA均为肿瘤相关DNA,其中任何一种发生碱基突变后,均有极大概率发生卵巢癌的风险。利用电化学技术所具有的高灵敏高、检测范围广等特点,结合DNA自组装纳米结构的多功能特性,构建针对多种ctDNA的生物传感器,在肿瘤的早期诊断中具有良好的应用前景。

  周楠迪教授团队开发设计了一种可固定在金电极表面的DNA纳米结构框架,该结构框架能够通过碱基互补配对原则与Kras DNABraf DNA特异性结合,形成完整的DNA六面体自组装结构,该六面体结构内建具有催化活性的G-四链体-血红素复合体(DNAzyme)。后者催化溶液中的苯胺发生聚合反应,形成聚苯胺并沉积于DNA六面体结构上,产生强烈的电化学信号。该生物传感器可同时检测从fmol/Lμmol/L极宽浓度范围内的Kras DNABraf DNA,对两种ctDNA的检测限分别达到了48.7 fmol/L44.1 fmol/L。同时,该传感器对两种DNA的突变响应非常敏感,当Kras DNABraf DNA中任何一种发生单碱基突变后,完整的DNA六面体自组装结构和具有催化活性的DNAzyme无法形成,产生的电信号的急剧下降。该生物传感器被应用于对血清中的两种ctDNA的检测,具有优良的灵敏度、特异性和稳定性,在癌症的早期筛查和诊断方面显示出巨大的潜力。

图一. 基于DNA六面体自组装纳米结构的双ctDNA电化学传感器原理

图二. ADNA六面体形成序列的结构模拟图,(BDNA六面体形成序列和结构框架的电泳图,(C)沉积了聚苯胺和(D)未沉积聚苯胺的DNA六面体的扫描电镜图


周楠迪教授为该论文的通讯作者,2019级博士生陈灏翰为该论文的第一作者。上述研究工作得到了江苏省六大人才高峰项目(JY-078)的资助。

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