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胰腺癌死亡率高、5 年生存率低，早期诊断至关重要。为检测循环游离 DNA（cfDNA）中 Ras 关联域家族 1 亚型 A（RASSF1A）基因的甲基化（R-5mC），研究人员开发新型 TALEs 介导的电化学传感器。该传感器检测限达 0.5 fM，对癌症诊疗意义重大。
在医学领域，癌症一直是人类健康的 “劲敌”，而胰腺癌更是其中极为棘手的存在。它如同隐匿在黑暗中的 “杀手”，早期悄无声息，等到症状出现时往往已发展至晚期。胰腺癌的死亡率与发病率几乎持平，5 年生存率极低，这让无数患者和家属陷入困境。因此，早期诊断成为防治胰腺癌的关键所在。
随着医学研究的深入，人们发现 DNA 甲基化（一种在哺乳动物中，5 号位胞嘧啶残基发生 5mC 甲基化的表观遗传修饰，它在调控基因表达、胚胎发育等众多细胞过程中发挥重要作用）异常与多种疾病紧密相连，其中就包括胰腺癌。在胰腺癌患者中，近 80% 的病例存在 DNMT1 表达上调，进而导致 DNA 高甲基化，这被视为胰腺癌中最重要的异常表观遗传变化。而循环游离 DNA（cfDNA），作为血液中源自正常细胞更新、凋亡细胞和肿瘤细胞的 DNA 片段，携带了肿瘤特异性的遗传变化信息，如突变、杂合性缺失（LOH）和异常甲基化模式。所以，准确、快速地检测 cfDNA 中的 Ras 关联域家族 1 亚型 A（RASSF1A）肿瘤抑制基因的甲基化（R-5mC），对胰腺癌的早期筛查、诊断和预后监测具有重大价值。
然而，目前的检测方法却存在诸多难题。血浆中 cfDNA 浓度极低，每毫升血浆中仅含有约 10 - 15 ng，且在大多数早期癌症中，循环肿瘤 DNA 在 cfDNA 中所占比例极小，这对检测方法的灵敏度提出了极高要求。现有的一些检测 DNA 甲基化的方法，比如重亚硫酸盐处理法和限制性内切酶处理法，虽能识别特定序列中的 5mC 位点，但前者需要在低 pH、高温以及高摩尔浓度重亚硫酸盐长期处理的苛刻化学条件下进行，整个实验过程既耗时又繁琐；后者则因对酶切位点有要求，限制了其广泛应用。因此，开发一种精准、灵敏且经济高效的检测 5mC 的方法迫在眉睫。
为了攻克这一难题，来自未知研究机构的研究人员开展了一项重要研究，相关成果发表在《Analytica Chimica Acta》上。研究人员开发出一种新型转录激活样效应因子（TALEs）介导的电化学传感器，基于滚环扩增（RCA）反应辅助的 “银链” 跨电极技术来检测 R-5mC。TALEs 是一种来自植物致病细菌黄单胞菌的毒力因子，能够特异性识别核酸碱基和甲基化碱基。研究人员通过原核表达合成了能特异性识别 R-5mC 的 TALE 蛋白，并将其与 Ni 磁珠结合形成 TALEs - Ni 磁珠。
在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先利用 TALEs - Ni 磁珠特异性识别并结合目标甲基化 DNA，然后引发 RCA 和催化发夹组装（CHA）反应。通过引入 H3 探针进行 CHA 扩增以及外切核酸酶 III（Exo III）辅助的循环扩增策略，产生大量 H2 探针，进而触发新一轮 RCA 反应，在电极间隙形成长链跨接 DNA。再通过 “基因链” 金属化形成 “银链” 跨电极，记录电导率变化实现对目标的检测 。
下面来看具体的研究结果：
- 传感器的构建与检测原理：当存在 R-5mC 目标时，TALEs - Ni 磁珠会特异性识别并结合目标甲基化 DNA，形成目标 / TALEs - Ni 磁珠复合物。随后，在该复合物上依次触发 RCA 和 CHA 反应，生成大量双链（H1 - H2）。引入 H3 探针引发 CHA 扩增和 Exo III 辅助循环扩增策略，产生 H2 探针，触发新一轮 RCA 反应，诱导电极间隙形成延伸的 DNA。经银染后获得显著增强的电流信号，从而实现对甲基化 DNA 的检测。
- 传感器性能：该传感器对 R-5mC 的检测在 1 fM 至 100 nM 范围内呈现线性响应，检测限（LOD）低至 0.5 fM。同时，该传感器稳定性良好，30 天内信号值仅下降 7.6%；检测背景信号低，仅为最低可检测浓度信号值的 9%。
- 临床样本检测：研究人员对癌症患者血浆样本中的 cfDNA 进行 R-5mC 检测，取得了令人满意的结果，这表明该传感器在临床检测方面具有潜在应用价值。
综合研究结论和讨论部分，这种超灵敏的 TALEs 介导的电化学传感器为 DNA 甲基化检测提供了新的技术手段。在 TALEs 特异性识别和富集的基础上，借助 RCA 反应辅助的 “银链” 跨电极实现对 R-5mC 的检测，展现出诸多优势。它有望广泛应用于胰腺癌的早期筛查、治疗和预后监测，为提高胰腺癌患者的生存率和生活质量带来新的希望。同时，该研究成果也为其他癌症的早期诊断提供了借鉴思路，推动了生命科学和健康医学领域在癌症早期检测方面的发展，在癌症诊疗的道路上迈出了重要一步。
