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生医工纳米中心再出新成果:基于无酶核酸杂交链式反应的临床检测体系的建立

时间:2018-07-09

近日,上海交通大学生物医学工程学院徐高连助理研究员以“Cycling of Rational Hybridization Chain Reaction To Enable Enzyme-Free DNA-Based Clinical Diagnosis”为题在国际著名期刊《ACS Nano》(IF=13.709)上发表了最新成果。这是该团队继在Chemical CommunicationsAdvanced Functional MaterialsChemistry of Materials等杂志上发表成果后,在基于微球的分子诊断领域又一创新性突破。

随着社会的快速发展以及人流和物流的日益频繁,新型的疾病(特别是新型传染病)层出不穷,因此建立有效实用的具有高灵敏度和特异性的疾病检测手段就显得尤为迫切。核酸检测由于其高灵敏度和高特异性被认为是最有效的临床检测技术和手段。然而,目前的核酸检测手段对仪器和物料运输条件的要求比较高,无法有效的应用于基层医院单位。基于此,本论文创新性得提出了一种基于核酸杂交链式反应的临床检测体系,可结合酶联免疫的方法对病原体进行有效的检测。该检测体系先通过构建两个具有哑铃状结构的DNA双链杂交单元(U1U2),每一个单元(U1U2)均可以与另一个单元以1:4的比例进行结合,因此可以达到放大靶标分子信号的目的。

在实际检测过程中,靶标分子可分别与带有特异性探针的哑铃状结构和偶联了特异性探针的磁性微球结合,进而形成一个具有三明治结构复合物。然后再循环往复的加入U1U2,通过杂交-洗涤-再杂交的过程达到对单个靶标分子起到一个信号放大的效果。通过随机光学重建显微镜(STORM)可以有效的观察到随着双链杂交单元加入次数的增加,磁性微球表面的荧光信号也在不断的增加。通过调节和控制双链杂交单元加入的次数,如果在U1U2的末端分别偶联上荧光分子,即可达到通过普通荧光显微镜达到单分子检测的目的;如果在其末端结合上相应的酶(如HRP),即可达到目视化检测的效果。为了验证该方法在临床上的使用效果,我们还对54例临床HBV样本进行了检测,与荧光定量PCR相比,其灵敏度可以达到97%。该工作还为将来的基于微球的多重多指标的检测奠定了基础。

本论文的第一作者徐高连博士是生医工学院2017年从英国归国的青年学者,目前是古宏晨、徐宏领导的纳米生物医学大团队的骨干教师。本论文的工作是徐高连博士与英国格拉斯哥大学Jonathan M. Cooper教授的合作成果,得到了EPSRCEP/I017887/1EP/K027611/1)和ERC 340117的支持。

论文链接:

    https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b03183


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