基于图形编码水凝胶微球与滚环扩增技术的结直肠癌相关基因多重DNA甲基化检测新方法

为解决DNA甲基化检测中多重分析能力不足与流程复杂的问题，研究人员开发了基于图形编码水凝胶微球与滚环扩增（RCA）的多重检测平台。该技术通过整合亚硫酸盐转化、锁式DNA连接及水凝胶RCA信号放大，实现了结直肠癌基因VIM和SDC2的高灵敏度（23.3 fM和54.1 fM）与0.1%低丰度甲基化区分，为癌症早期诊断提供了新工具。

　　

DNA甲基化作为表观遗传学（Epigenetics）的核心机制之一，在癌症等疾病的发生发展中扮演关键角色。然而，现有检测技术如PCR和微阵列面临多重分析能力有限、操作繁琐或依赖预扩增等问题。例如，临床常用的结直肠癌标志物SDC2基因甲基化检测虽已应用于粪便DNA分析，但传统方法难以实现多基因同步检测，且灵敏度与特异性难以兼顾。这一技术瓶颈限制了DNA甲基化在癌症早期诊断中的潜力。

为解决这些问题，来自韩国的研究团队在《Biosensors and Bioelectronics》发表了一项创新研究。他们开发了一种基于图形编码水凝胶微球（graphically encoded hydrogel microparticles）和滚环扩增（Rolling Circle Amplification, RCA）的多重DNA甲基化检测平台。该技术通过亚硫酸盐转化（Bisulfite Conversion, BC）区分甲基化状态，利用锁式DNA（padlock DNA）特异性识别目标序列，再结合水凝胶微球内RCA信号放大，实现了结直肠癌相关基因VIM和SDC2的高通量、高灵敏度检测。研究证实，该方法无需预扩增即可检测低至23.3 fM的甲基化DNA，并能区分混合物中0.1%的甲基化比例，为癌症表观遗传诊断提供了新范式。

关键技术包括：1）图形编码水凝胶微球的制备与探针功能化；2）亚硫酸盐处理后的DNA与锁式DNA连接反应；3）微球内RCA信号放大；4）深度学习辅助的荧光解码。实验使用正常结肠细胞（CCD-18Co）和结直肠癌细胞（HT-29、HCT116）提取的DNA验证临床适用性。

Development and optimization of hydrogel-based multiplexed DNA methylation detection
研究通过优化水凝胶孔隙率（添加PEG作为致孔剂）和RCA反应条件，使高分子量DNA（如细胞游离DNA）能高效扩散至微球内部。针对VIM和SDC2设计的锁式DNA在连接酶作用下仅与甲基化靶标结合，经RCA扩增后单分子可产生数千个荧光信号，灵敏度较传统方法提升10倍以上。

Conclusion
该平台首次将图形编码微球与RCA技术整合至DNA甲基化检测领域，其多重分析能力（理论编码量达10⁶种）、免预扩增特性和0.1%低丰度检测限，显著优于现有技术。在结直肠癌细胞系中成功验证了VIM/SDC2甲基化水平差异（回收率81.9%-94.7%），证实其临床转化潜力。

重要意义
这项研究突破了表观遗传检测的技术壁垒：1）图形编码策略解决了多重检测的容量限制；2）水凝胶纳米孔环境与RCA的组合实现了“样本进-结果出”的 streamlined workflow（简化流程）；3）为癌症早诊、疗效监测等精准医学领域提供了新工具。未来可通过扩展靶基因panel应用于其他癌症类型的分子分型。