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恶性肿瘤(又称“癌症”),已成为全球的第二大死因。随着全世界癌症患者死亡人数的不断增加,肿瘤标志物高灵敏的检测对癌症的早期诊断越来越重要,如人端粒酶逆转录酶(hTERT)的过表达与肿瘤的发生密切相关,microRNA含量的增加或减少可能会起到肿瘤抑制或肿瘤促进的作用。近年来,科学家对于纳米材料和纳米技术在癌症治疗中的研究日益增多。由于纳米材料固有的光学和物理化学性质,可以有效地提高检测手段的灵敏度、特异性和靶向性。由纳米金、氧化石墨烯与核酸适配体组成的DNA自组装纳米材料,在生物传感、成像和医学诊断等领域具有潜在的应用前景。为了对体内内源性肿瘤标志物进行实时监测及调控,本论文将纳米材料与DNA相结合,设计合成了三种不同的纳米探针,以期实现对细胞内hTERT mRNA及microRNA-21的原位检测及调控。(1)设计了一种多功能AuNP-探针,不仅可以实现细胞内hTERT mRNA的原位检测及成像,还可以下调hTERT mRNA水平,抑制端粒酶表达。由于hTERT mRNA/端粒酶活化对肿瘤细胞发育和增殖至关重要,因此该纳米探针也可诱导癌细胞凋亡。AuNP-探针是由用寡核苷酸杂交链与AuNPs通过形成Au-S键组成。寡核苷酸杂交链由两个区段组成:长链硫醇标记的序列(HS-DNA)和与HS-DNA互补的短的Cy5标记的序列(Flare-DNA),HS-DNA设计为AS-ON靶向hTERT mRNA。当AuNP-探针进入癌细胞并与hTERT mRNA结合,之后就会释放Flare-DNA,并恢复被AuNPs猝灭的Cy5的荧光。同时,反义寡核苷酸下调hTERT mRNA水平,导致hTERT表达降低,端粒酶阳性癌细胞凋亡。(2)设计了一种粘性耀斑探针对细胞内microRNA-21进行荧光成像、定位及沉默,实现对负载化疗药物阿霉素的可控释放,增加对癌细胞的敏感性,实现癌细胞内基因调控和化疗相结合的抗癌作用。该探针由13 nm的AuNPs核心组成,该核心用密集填充的巯基修饰的寡核苷酸(HS-DNA)进行功能化,与miRNA-21反义的荧光分子Cy5标记的互补链,称为粘性-耀斑序列(SF-DNA),和HS-DNA进行杂交。阿霉素分子被插进SF-DNA与HS-DNA杂交链中的G-C碱基对中,阿霉素的荧光被猝灭,同时SF-DNA与HS-DNA的杂交也使荧光团(Cy5)紧密接近AuNPs,有效地猝灭荧光。然而,探针一旦进入活细胞识别靶miRNA-21即形成更长、更稳定的双链体,Cy5标记的“粘性耀斑”反义寡核苷酸将与AuNPs解离,阿霉素从杂交链中释放出来,使其荧光恢复,从而实现miRNA-21的细胞内原位检测和沉默及肿瘤细胞中的精准药物递送。(3)设计了一种氧化石墨烯负载大量肽核酸和叶酸的特异性探针,对hTERT mRNA原位成像及调控,下调hTERT mRNA水平,抑制端粒酶表达,诱导细胞凋亡。该探针在氧化石墨烯的表面负载叶酸,再与FAM修饰的肽核酸(PNA)通过π-π堆积作用组装在一起,FAM的荧光信号就会被氧化石墨烯猝灭。然后,借助癌细胞表面的叶酸受体靶向细胞内的hTERT mRNA,一旦与靶标接触,FAM修饰的PNA就会脱离氧化石墨烯,与靶标hTERT mRNA杂交形成稳定的杂交链,对hTERT mRNA进行沉默,进而影响hTERT的表达,最终逐渐诱导细胞凋亡。