《Talanta》：Endogenous-triggered tetrahedral nanofirecracker based on SDR-CHA amplification strategies for simultaneous imaging of cancer biomarkers APE1 and miRNA-221
编辑推荐：
●一种内源性触发的四面体纳米爆竹实现了 APE1 和 miRNA-221 的同时成像。●可编程 TDN 集成了 SDR-CHA 策略，提高了复杂细胞环境中的检测效率和生物稳定性。●该方法在抑制剂筛选、生物样本中的双重癌症生物标志物检测、癌细胞和组织识别以及活体成像方面具有广泛
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一种内源性触发的四面体纳米爆竹实现了 APE1 和 miRNA-221 的同时成像。
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可编程 TDN 集成了 SDR-CHA 策略，提高了复杂细胞环境中的检测效率和生物稳定性。
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该方法在抑制剂筛选、生物样本中的双重癌症生物标志物检测、癌细胞和组织识别以及活体成像方面具有广泛的适用性。
引言
某些生物分子，如酶和核酸，与心血管疾病和癌症等各种病理状况有关 [1]。无嘌呤/无嘧啶核酸内切酶 1 (APE1) 是一种关键的 DNA 修复酶，参与 DNA 碱基切除修复途径 [2]。它通过特异性识别 DNA 中的 AP 位点在维持基因组稳定性中发挥至关重要的作用。先前的研究表明，APE1 表达上调与肿瘤发生和化疗耐药相关，特别是在乳腺、肺和前列腺癌等恶性肿瘤中 [3]、[4]、[5]。miRNAs 是一类非编码 RNA 分子，在基因调节、细胞增殖、分化和凋亡中发挥重要作用 [6]。miRNA-221 因其致癌作用和作为有前途的生物标志物的潜力而受到广泛研究 [7]、[8]。协同监测这些不同类别的癌症相关分子——一种酶和非编码 RNA——可提供互补的诊断信息，有望与单靶标分析相比，提高区分癌细胞和组织的准确性。
无酶扩增策略为灵敏的细胞内生物分子分析打开了巨大的机遇，包括链置换反应 (SDR) 和催化发夹组装 (CHA) [9]。然而，游离发夹反应在复杂的生物环境中面临一些局限性，包括扩增效率不足、细胞内化效率低下以及活体细胞或组织内的生物稳定性有限。值得注意的是，DNA 纳米结构通过增强游离 DNA 探针的内吞作用和改善生物稳定性，促进了更有效的细胞内分子成像 [10]、[11]、[12]。与无机纳米颗粒相比，DNA 纳米结构表现出优越的生物安全性和易于合成。此外，它们提供了结合位点，用于可控地锚定多个反应单元，从而通过空间邻近性增强扩增效率，并使其易于进行多目标分析 [13]。最近，扩增反应与 DNA 纳米结构的集成产生了多样化的自组装平台，用于灵敏的生物标志物成像。例如，DNA 核酸酶 -CHA 电路被嵌入 DNA 六面体中，用于放大的 miRNA-21 成像 [14]。CHA 和杂交链反应被整合到胆固醇修饰的 DNA 纳米结构中，用于液体活检中 miRNA-21 的灵敏检测 [15]。这些研究主要集中于单靶标检测。尽管取得了这些进展，但仍迫切需要开发一种纳米平台，协同结合扩增机制与高效的细胞内递送，特别是能够实现不同类型癌症生物标志物的同时成像。
作为一种经典的三维 DNA 纳米结构，四面体 DNA 纳米结构 (TDN) 被广泛用于细胞内生物标志物生物成像和药物递送 [16]、[17]。其稳定的支架、良好的生物安全性和可控的修饰位点使其成为构建多目标自组装平台的杰出候选者 [18]。受这些研究的启发，提出了一种基于 SDR-CHA 策略的新型四面体纳米爆竹，用于同时检测 APE1 和 miRNA。该系统由两种功能化 TDN (FTDNs) 组成，分别为 FTDN-1 和 FTDN-2，每个都集成了 SDR 和 CHA 发夹。在细胞内化后，目标 miRNA-221 的存在可以启动 FTDN-1 和 FTDN-2 中的 CHA。同时，APE1 可以识别 AP 位点，从而启动 FTDN-1 和 FTDN-2 之间的 SDR。因此，FTDN-1 和 FTDN-2 被带到接近位置，触发形成形状像“四面体纳米爆竹”的多聚 TDN 纳米结构。本研究展示了将 SDR 和 CHA 机制集成到单个 TDN 支架上的能力，实现了酶和 miRNA 的同时成像。此外，该平台在活体细胞、组织以及荷瘤小鼠体内成像中的表现突显了其在癌症诊断和生物医学研究中的转化潜力。
章节摘要
设计原理与可行性测定
基于四面体纳米爆竹同时成像细胞内 APE1 和 miRNA-221 的原理如图 1 所示。该系统由两种 TDN (TDN-1 和 TDN-2) 组成，每种都具有四个顶点，并延伸出悬臂。在我们的设计中，TDNs 拥有两个识别尾巴 (S1 和 S3)，用于锚定发夹 H1(修饰有 Cy5 和 BHQ2) 和发夹 H2。剩余的 Cy3 修饰尾巴 (TDN-1 中的 S2 和 S4) 可以与 S5 结合，S5 装饰有
讨论与结论
目前的 FTDN 平台设计不仅仅是将 CHA 与 DNA 纳米结构结合，而是在一个传感系统中整合两个生物相关靶标。先前的研究表明，APE1 参与 miR-221/222 加工，且 APE1 活性的变化会影响 miR-221 的成熟 [22]。在 FTDN 系统中，APE1 介导的切割启动了 FTDN 间的 SDR，促进了 FTDN-1 和 FTDN-2 之间的接近，并驱动更高阶的多聚 TDN 组装，导致 Cy3 信号
CRediT 作者贡献声明
Yun Qiu: 写作 – 审阅与编辑，验证，方法论，正式分析，数据整理。 Wei Wang: 资源，资金获取，概念化。 Yixing Qiu: 写作 – 审阅与编辑，资源，资金获取，概念化。 Yupei Yang: 资源，正式分析。 Bin Li: 调查，正式分析。 Lanping Zhu: 调查，正式分析。 Qiongdan Zhang: 资源，数据整理。 Huizhen Wang: 写作 – 审阅与编辑，正式分析，数据整理。 Yazhi Wang:
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，这些可能影响本文报告的工作。
致谢
本工作得到国家自然科学基金 [项目编号 82405012]、湖南中医药大学研究生创新基金 [项目编号 2025CX002] 以及中医药和民族医药创新与发展国际实验室开放研究基金 [项目编号 2022GJSYS03] 的资助。
Yun Qiu|Yazhi Wang|Feibing Huang|Huizhen Wang|Lanping Zhu|Qiongdan Zhang|Yupei Yang|Bin Li|Wei Wang|Yixing Qiu
