基因修饰双功能病毒仿生纳米载体封装的自反馈级联DNA电路用于活体生物中光控时空生物传感

针对DNA电路生物传感器在活体检测中灵敏度不足、摄取效率低和测量误差大等问题，研究人员开发了一种基于杂交链式反应(HCR)与催化发夹组装(CHA)协同的自反馈级联DNA电路，并封装于兼具靶向和穿膜功能的基因修饰病毒仿生纳米载体(VINV)中，通过插入光裂解连接体(PC-linker)实现光控激活。该技术实现了对microRNA-21的超灵敏检测，为活体生物标志物成像提供了新工具。

　　

在疾病诊断领域，DNA电路生物传感器因其设计灵活和生物相容性优异而备受关注，但现有技术面临三大瓶颈：单次信号放大难以满足超敏检测需求，核酸模块因电负性导致的细胞摄取效率低下，以及生物递送过程中持续激活造成的信号失真。这些问题严重制约了活体生物标志物成像的准确性。针对这些挑战，中国研究人员在《Analytica Chimica Acta》发表的研究提出了一种创新解决方案——将自反馈级联DNA电路封装于基因修饰的双功能病毒仿生纳米载体(VINV)中，通过光控时空激活实现精准生物传感。

研究团队采用三项关键技术：1) 通过重组pET-33b质粒表达同时携带RGD靶向肽和R₉穿膜肽的突变VP3蛋白(M/VP3)；2) 在DNA电路中整合光裂解连接体(PC-linker)实现365 nm紫外光控激活；3) 将七种发夹DNA链(H1-H7)与M/VP3共组装形成复合纳米颗粒(VINV-Hx)。实验使用AlphaFold预测蛋白结构，并通过SDS-PAGE和透射电镜(TEM)验证载体特性。

【M-VP3制备】
通过热激转化将重组质粒导入E. coli BL-21，IPTG诱导表达后经镍柱纯化获得M/VP3。结构模拟显示其成功保留了野生型VP3的空间构象，新增的RGD和R₉肽段形成独立功能域。

【结果与讨论】

1. 双功能VINV构建：TEM显示VINV-Hx呈20 nm均匀球形，动态光散射(DLS)测定其电位为+15.3 mV，显著提升了细胞摄取效率。酸性条件下载体可快速解离，释放核酸载荷。
2. 光控激活验证：紫外照射后，H1发夹的PC-linker断裂形成H1^#，其与miRNA-21结合触发级联反应。凝胶电泳证实光照组出现典型条带，而未照射组无信号。
3. 自反馈级联机制：FRET分析显示，HCR产生的(H2/H3/H4/H5)_n复合物使Cy5荧光恢复8.7倍；随后CHA生成的H6/H7二次引发HCR，最终信号放大倍数达143倍。
4. 活体应用：在过表达α_vβ₃整合素的肿瘤模型中，VINV-Hx组荧光强度比游离DNA组高22.3倍，且仅在光照区域出现特异性信号。

【结论】
该研究创新性地将自反馈级联DNA电路与基因工程化VINV相结合，通过HCR-CHA协同放大和光控时空激活，实现了活体内miRNA-21的超灵敏检测。Cheng-Yu Li等作者强调，这一技术突破了传统生物传感器的灵敏度限制和时空控制难题，为癌症早期诊断提供了新型分子影像工具。尤其值得注意的是，VINV的双功能修饰策略为核酸递送系统设计提供了普适性框架，而光控激活模式可推广至其他生物标志物检测体系。