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在临床和生物医学研究中，原位监测活细胞中相关 DNA 修复酶活性意义重大。研究人员构建双模式逻辑金纳米耀斑策略，对细胞内 APE1 和 FEN1 进行 OR/AND 逻辑成像。体外实验显示其生物相容性高，该策略在疾病诊断等方面有广阔应用前景。
在生命的微观世界里，细胞中的 DNA 时刻面临着各种 “危机”。外界的辐射、化学物质，以及细胞自身代谢产生的有害物质，都可能对 DNA 造成损伤。这些损伤如果得不到及时修复，就像房子的地基出现了裂缝，可能会引发一系列严重的问题，其中最让人担忧的就是癌症的发生。
为了应对 DNA 损伤，细胞进化出了一套精密的修复机制，碱基切除修复（Base Excision Repair，BER）就是其中重要的一环。在 BER 过程中，多种修复酶相互协作，共同守护着 DNA 的完整性。然而，目前对于这些相关 DNA 修复酶活性的研究却困难重重。传统检测方法往往只能单独检测一种酶的活性，不仅灵敏度有限，操作过程还十分复杂，成本也很高。而且，这些方法无法实时追踪酶在细胞内的动态变化和具体位置，这就像在黑暗中摸索，我们很难真正了解这些酶在疾病发展过程中究竟扮演着怎样的角色。
为了突破这些困境，来自未知研究机构的研究人员开展了一项极具创新性的研究。他们构建了一种多功能、可编程的双模式逻辑金纳米耀斑策略，用于对细胞内的脱嘌呤 / 脱嘧啶内切核酸酶 1（Apurinic/Apyrimidinic Endonuclease 1，APE1）和瓣状内切核酸酶 1（Flap Endonuclease 1，FEN1）进行 OR/AND 逻辑成像。研究结果显示，这种逻辑金纳米耀斑生物相容性高，能够在多种癌细胞系中有效且灵敏地检测这两种酶的活性。这一研究成果意义非凡，它为全面分析多种 DNA 修复酶提供了一种简便的工具，在疾病诊断、药物疗效评估以及可编程治疗等领域展现出了巨大的应用潜力，相关论文发表在《Biosensors and Bioelectronics》上。
研究人员在开展研究时，运用了多种关键技术方法。他们通过精心设计，将酶可激活位点修饰的分支双链 DNA 结构与金纳米颗粒结合，制备出逻辑金纳米耀斑。利用 DNA 测序技术确定 DNA 序列，通过体外实验验证纳米耀斑对酶活性检测的性能，还在多种癌细胞系中进行细胞实验，观察纳米耀斑在细胞内的成像效果 。
研究结果
- OR/AND 纳米耀斑逻辑门（NLGs）原理：APE1 能够识别并切割双链 DNA 中的 AP 位点，FEN1 则催化从分支双链 DNA 底物上切割 5′ DNA 瓣。OR 纳米耀斑逻辑门（ONLG）在 APE1 或 FEN1 任一酶存在时激活荧光信号；AND 纳米耀斑逻辑门（ANLG）只有在 APE1 和 FEN1 同时存在时才激活输出荧光信号。
- 纳米耀斑的生物相容性及检测性能：体外实验表明，该纳米耀斑具有高度的生物相容性。在不同癌细胞系中，它能够有效且灵敏地对 APE1 和 FEN1 这两个酶靶点进行判断，实现对酶活性的精准检测。
研究结论与讨论
这项研究成功开发了一种双模式逻辑金纳米耀斑策略，用于在活细胞中原位荧光成像 DNA 修复酶 APE1 和 FEN1。ONLG 和 ANLG 分别实现了对单一酶存在和两种酶同时存在时的荧光激活，为酶活性的精确和选择性成像提供了可能。这一策略打破了传统检测方法的局限，将目标识别、计算和信号输出集成在一个系统中，无需繁琐的单独检测和人工组合评估步骤，极大地简化了检测流程。
从意义上来说，它为深入研究 DNA 修复酶之间的相互作用和协同机制提供了有力的工具，有助于科学家们更全面地了解细胞内 DNA 修复过程。在疾病诊断方面，能够通过检测相关酶活性的变化，更准确地判断疾病的发生和发展阶段；在药物研发中，可用于评估药物对 DNA 修复酶的影响，为筛选更有效的抗癌药物提供依据；在可编程治疗领域，有望根据细胞内酶活性的变化，实现精准的治疗干预，为攻克癌症等重大疾病带来新的希望 。 总之，这项研究成果在生命科学和医学领域具有广泛的应用前景，为未来相关研究开辟了新的方向。
