基于CRISPR-Cas13a与杂交链式反应信号放强的电化学发光生物传感器用于α-突触核蛋白寡聚体超灵敏检测

本推荐介绍一种创新电化学发光（ECL）生物传感器，通过整合CRISPR-Cas13a系统与杂交链式反应（HCR）信号放大技术，实现了对帕金森病关键生物标志物α-突触核蛋白寡聚体的超灵敏检测（检测限达8.3 aM）。该平台兼具高特异性、低背景干扰与优异重现性，为神经退行性疾病的早期诊断提供了突破性解决方案。

　　

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Materials and chemicals

所有化学品和试剂均为分析纯级别，未经进一步纯化直接使用。T7 RNA聚合酶、RNase抑制剂及相关转录缓冲液组分购自New England Biolabs（NEB）。来自Leptotrichia buccalis的CRISPR/Cas13a蛋白（LbuCas13a）及其对应crRNA由Integrated DNA Technologies（IDT）合成纯化。特异性识别α-突触核蛋白寡聚体的结构切换核酸适配体经固相合成制备，并经高效液相色谱纯化。所有寡核苷酸序列详见支持信息表S1。

Principle of the proposed Cas13a powered ECL biosensor

CRISPR/Cas13a驱动的ECL生物传感器实现了对α-突触核蛋白寡聚体的高灵敏特异性检测，其原理如Scheme 1所示。该策略整合了靶标识别与T7启动子释放（Scheme 1A）、T7聚合酶介导的RNA转录（Scheme 1B）、CRISPR/Cas13a激活与HP DNA切割（Scheme 1C）、以及HCR过程与ECL信号读值（Scheme 1D）。Scheme 1A显示：检测始于特异性结合α-突触核蛋白寡聚体的核酸适配体，其构象变化可释放被屏蔽的T7启动子序列。该启动子与DNA模板杂交后，在T7 RNA聚合酶作用下启动体外转录，大量生成RNA转录本（Scheme 1B）。这些RNA分子激活Cas13a的 collateral cleavage活性，切割特异性设计的RNA探针并释放DNA引发链（Scheme 1C）。该引发链触发HCR级联反应，形成负载大量ECL标记物的长链DNA纳米结构（Scheme 1D），最终通过电极表面的电化学发光信号实现定量检测。

Conclusions

本研究成功开发了基于CRISPR/Cas13a与HCR的ECL生物传感平台，用于超灵敏特异性检测神经退行性疾病（如帕金森病）的关键标志物α-突触核蛋白寡聚体。通过一系列精心设计的分子识别与放大步骤（包括适配体靶标结合、T7转录、Cas13a介导的切割及ECL信号读值），该系统在多项参数中展现出卓越分析性能。