DNA蜈蚣纳米线驱动细胞与血清中皮摩尔级microRNA的快速检测新策略

本研究创新性地开发了一种基于DNA蜈蚣纳米探针（DCNP）的局部催化发夹组装（LCHA）技术，实现了对miR-21的超灵敏检测。该技术通过DNA纳米线空间限域效应将反应发夹（HP1/HP2）局部浓度提升5倍，在40分钟内达到100 pM检测限，无需转染试剂即可在复杂生物流体中实现特异性检测，为癌症早期诊断提供了突破性解决方案。

　　

¹亮点

• DNA纳米线空间限域显著加速杂交动力学

• 40分钟实现100 pM检测限

• 无需转染试剂即可穿透细胞膜

• 有效区分同源/突变miRNA序列

• 临床血清样本检测AUC达1.00

²引言

癌症仍是全球主要致死疾病，早期检测对改善患者预后至关重要。microRNA（miRNA）作为新型生物标志物，特别是miR-21在乳腺癌、结肠癌等多种癌症中过表达，其检测具有重要临床意义。然而传统检测方法如定量逆转录聚合酶链反应（qRT-PCR）、荧光原位杂交（FISH）存在操作繁琐、灵敏度有限等瓶颈。无酶等温扩增技术如催化发夹组装（CHA）虽具有背景噪声低优势，但受限于扩散控制的缓慢动力学和非特异性信号泄漏。

近年来纳米材料（金纳米粒子、石墨烯等）被用于增强CHA效率，但仍面临合成复杂、细胞毒性等问题。DNA纳米结构（纳米线、四面体等）凭借可编程性、生物相容性和膜穿透能力成为理想解决方案，但传统DNA折纸技术需多链组装限制了应用。本研究创新性整合DNA纳米线与局部催化发夹组装（LCHA）策略，通过DNA蜈蚣纳米探针（DCNP）空间组织反应发夹，显著提升局部浓度与反应动力学。

³试剂与材料

高效液相色谱（HPLC）纯化寡核苷酸（表S1）购自生工生物工程（上海）股份有限公司，使用1×TM缓冲液（20 mM Tris-HCl, 10 mM MgCl₂, pH 7.4）配制为10 μM储存于-20°C。SYBR Green I（10000×储备液）、DNA Ladder、10×DNA上样缓冲液、细胞培养基和胎牛血清（FBS）购自北京鼎国昌盛生物技术有限公司。MCF-7和HEK-293T细胞源自上海细胞库。

⁴DCNP-LCHA系统设计原理

本系统采用仅含两种发夹（L1-HP1和L2-HP2）的简化设计，大幅降低链复杂度。如方案1所示，L1-HP1由L1与HP1序列连接构成，L2-HP2由L2与HP2连接形成。HP1通过5-羧基荧光素（FAM）和黑洞淬灭剂1（BHQ1）自淬灭，而L2保持未标记状态。当目标miR-21存在时，触发级联杂交反应，使FAM与BHQ1分离产生荧光信号。DNA纳米线支架不仅加速反应动力学，还提供核酶抗性保护。

⁵结论

本研究开发的DNA蜈蚣纳米探针（DCNP）局部催化发夹组装（LCHA）系统实现了miR-21的快速灵敏检测。DNA纳米线空间限域效应使检测灵敏度提升5倍，40分钟内达到亚纳摩尔检测限，在血清和活细胞中均表现优异。该平台兼具无酶扩增、核酶抗性和无转染细胞内递送优势，虽需进一步优化特异性，但为癌症早期诊断和即时检测（POCT）提供了强大工具。