tFNA-aptasensor结合了DNA框架限定的亲和识别技术和HCR扩增技术，用于准确分析COPD（慢性阻塞性肺疾病）患者中的微小RNA（microRNA）表达情况

《Microchemical Journal》：tFNA-aptasensor integrating DNA-framework confined affinity recognition and HCR amplification towards accurate profiling of microRNA for COPD analysis

高效非侵入式COPD筛查新方法，融合DNA纳米笼（tFNA）分子筛效应与无酶杂交链反应（HCR）信号扩增，实现血清miR-155检测限53 fM，包被特异性aptamer增强捕获效率，协同SYBR Green I/FAM荧光探针产生指数荧光增强，经动物模型验证对COPD诊断灵敏度达96.4%~106.2%，提供环境性疾病安全评估新工具。

　　近年来，随着环境污染问题的日益严重，特别是雾霾污染的加剧，慢性阻塞性肺疾病（COPD）的发病率也在不断上升。作为一种常见的呼吸系统疾病，COPD不仅影响患者的生活质量，还对公共健康构成重大威胁。因此，开发一种高效、安全且能够定量检测COPD相关生物标志物的方法显得尤为重要。目前，传统的诊断手段如肺功能测试和影像学检查虽然具有一定的临床价值，但存在操作复杂、检测周期长以及灵敏度不足等问题。特别是对于早期筛查和风险评估，亟需一种更为便捷、快速且具有高灵敏度的检测技术。

在这一背景下，微小RNA（miRNA）作为一种重要的调控分子，因其在基因表达调控中的关键作用而受到广泛关注。miRNA具有非编码、小分子、单链等特性，能够通过调控靶基因的表达水平影响细胞功能。在COPD的研究中，miRNA-155被认为是一个重要的生物标志物，其表达水平的变化与疾病的进展密切相关。然而，miRNA在生物样本中的检测仍面临诸多挑战，如复杂基质中的干扰、低丰度标记物的识别困难等。这些限制使得现有技术难以实现对miRNA-155的高灵敏度和特异性检测。

为了解决上述问题，科学家们提出了多种创新性的检测方法，其中基于DNA纳米结构的传感技术成为研究热点。特别是四面体框架核酸（tFNA）因其独特的三维结构、良好的机械稳定性以及可控的尺寸特性，被广泛应用于构建高灵敏度的传感器。tFNA不仅能够提供精确的空间限制，还能够有效阻挡不同大小物质的干扰，从而提高检测的特异性。此外，通过将特定的适配体探针整合到tFNA结构中，可以实现双重识别机制，包括空间受限的适配体亲和识别和分子筛式大小选择识别。这种结合为miRNA的高精度检测提供了新的思路。

与此同时，信号放大技术的引入也显著提高了传感器的灵敏度。传统的信号放大方法通常依赖于酶促反应，如聚合酶链式反应（PCR）和酶联免疫吸附测定（ELISA），但这些方法需要昂贵的酶和严格的反应条件，限制了其在实际应用中的可行性。相比之下，酶促信号放大技术因其操作简便、成本低廉而受到青睐。其中，杂链反应（HCR）作为一种典型的酶促信号放大技术，能够在不依赖酶的情况下实现信号的指数级放大。HCR通过特定的启动分子，如单链DNA或miRNA，触发链式反应，从而形成大量的双链DNA结构，增强检测信号。

结合tFNA和HCR的优势，研究人员开发了一种新型的仿生适配体传感器，用于COPD诊断中的miRNA-155检测。该传感器通过精确设计的tFNA结构与荧光标记的cDNA结合，实现了双重识别机制，包括空间受限的适配体亲和识别和仿生分子筛式大小选择识别。这种设计不仅提高了miRNA-155的检测效率，还有效排除了其他干扰物质的影响，如高丰度的前miRNA和低丰度的COPD相关生物标志物。通过这一策略，研究人员成功实现了对miRNA-155的高灵敏度检测，检测限达到了53 fM的水平，能够在实际样本中快速、准确地识别目标miRNA。

此外，该传感器还具有良好的应用前景。在COPD患者的血清样本中，miRNA-155的检测结果显示出较高的回收率，范围在96.4?±?5.2?% ~106.2?±?2.1?%之间（n=3）。这表明该方法在实际应用中的可靠性和准确性。同时，在烟雾暴露的模型大鼠中，miRNA-155的浓度显著上升，进一步验证了该传感器在COPD早期诊断中的有效性。通过这一技术，研究人员不仅能够实现对miRNA-155的快速检测，还能够为环境相关疾病的健康风险评估提供新的工具。

综上所述，基于tFNA的结构选择、适配体的受限亲和识别以及cDNA触发的HCR信号放大，该仿生适配体传感器为COPD诊断提供了一种非侵入性的快速筛查方法。该方法不仅提高了检测的灵敏度和特异性，还克服了传统方法在操作复杂性和检测周期方面的不足。此外，该技术在环境相关疾病的健康风险评估中也展现出广阔的应用前景。通过这一创新性的检测平台，研究人员为实现更精准的疾病诊断和更高效的生物标志物分析提供了有力支持。