基于集成DNA酶探针的刺激响应型逻辑门生物传感器，用于区分癌细胞

《Biosensors and Bioelectronics》：Stimuli-Responsive Logical Gate Biosensor Based on Integrated DNAzyme Probe for the Discrimination of Cancer Cells

精准识别癌症细胞的新方法：集成DNAzyme探针与MnO?纳米片层构建AND逻辑门生物传感器，通过APE1和miRNA-222双重生物标志物的协同作用实现特异性检测，降低假阳性率，并可视化不同癌症细胞中miRNA-222的差异表达。

　　

孙月|郝竹星|杜朗|李海燕|陈杰宇|吴海强|王彦娜

中国科学院杭州医学研究所（HIM）浙江癌症医院药学系，中国杭州310022

摘要

与单独检测相比，结合多个生物标志物可以显著提高诊断准确性。在此，我们构建了一种基于高度集成DNA酶传感探针和MnO₂纳米片纳米载体的AND逻辑门生物传感器，以提高癌细胞检测的灵敏度和特异性。人类脱嘌呤/脱嘧啶内切酶1（APE1）和微小RNA（miRNA）作为两个“输入”生物标志物来执行AND逻辑门操作。逻辑目标识别、信号转导和放大模块被整合到一个别构DNA酶探针中，通过目标诱导的从锁定构象到活性结构的转变来促进传感过程。MnO₂纳米片作为响应刺激的纳米载体，只有在被谷胱甘肽（GSH）分解后才能释放负载的传感探针和辅因子Mn²⁺以供DNA酶切割。由于集成DNA酶探针的选择性释放和精确的逻辑操作，只有目标癌细胞才能通过APE1和miR-222的特异性反应显示出相对较强的荧光信号。所提出的逻辑门生物传感器不仅可以准确分析目标癌细胞并与正常细胞区分开，还可以可视化不同类型癌细胞中miR-222表达的差异。这一策略将促进简单有效的生物传感器的发展，并为癌症诊断及相关生物医学应用提供潜在工具。

部分摘录

引言

精确且高灵敏度地识别癌细胞在癌症诊断中起着关键作用。许多恶性肿瘤与各种类型的生物标志物显著相关，例如蛋白质（Li等人，2024a；Li等人，2024b；Luan等人，2023；Xing等人，2023）和核酸（Schwarzenbach等人，2011；Zhang等人，2024a）。肿瘤细胞与正常细胞在分子水平上的这些差异在癌症的诊断和治疗中起着重要作用。

试剂和材料

所有寡核苷酸序列（列在支持信息表S1中）均由Sangon Biotech有限公司（中国上海）合成并通过HPLC纯化。APE1从New England Biolabs有限公司（中国北京）购买。Exonuclease I（Exo I）和HpaII限制性内切酶（HpaII）由Thermo Fisher Scientific（美国马萨诸塞州沃尔瑟姆）提供。GSH由Sangon Biotech有限公司（中国上海）购买。氯化镁（MgCl₂）和氯化锰（MnCl₂）从

刺激响应逻辑门生物传感器的工作原理

在这项工作中，我们设计了一种由高度集成的DNA酶传感探针和GSH响应的MnO₂纳米载体组成的刺激响应逻辑门生物传感器，以实现癌细胞的特异性识别（图1）。DNA酶探针的工作原理如图1A所示。DNA酶探针被设计成一个稳定的茎环结构，包含三个功能组件：1）茎区域上的APE1识别位点，2）具有自切割功能的DNA酶片段（黑色）

结论

总之，我们通过构建DNA酶@MnO₂纳米传感器，合理设计了一种刺激响应逻辑生物传感器，以实现癌细胞的准确和特异性区分。MnO₂纳米片作为肿瘤微环境响应的纳米载体，只有在癌细胞中高水平的谷胱甘肽（GSH）作用下才能分解，从而释放传感探针和Mn²⁺（DNA酶切割的辅因子）。这种肿瘤特异性激活模式避免了在正常细胞中释放探针，显著减少了

CRediT作者贡献声明

王彦娜：写作 – 审稿与编辑，监督，资金获取。吴海强：资金获取，正式分析。陈杰宇：写作 – 审稿与编辑。李海燕：数据管理。杜朗：验证，方法学。郝竹星：写作 – 原稿撰写，方法学，数据管理。孙月：写作 – 原稿撰写，方法学，研究，资金获取

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

数据可用性

数据将应要求提供。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文“基于集成DNA酶探针的刺激响应逻辑门生物传感器用于癌细胞鉴别”的工作的财务利益或个人关系。