纳米材料在肿瘤相关酶检测中的应用

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肿瘤相关酶广泛存在于肿瘤细胞中,其存在和量变可以揭示肿瘤的性质。肿瘤相关酶的定量检测在肿瘤的早期发现、诊疗和预后判断等方面都具有非常重要的研究意义和临床应用价值。因此,建立低成本、灵敏度高、特异性强、操作简单的肿瘤相关酶检测方法极为重要。近年来的研究表明,DNA损伤修复酶--聚腺苷二磷酸核糖聚合酶-1(PARP-1)与肿瘤的发生、发展等过程密切相关,而且PARP-1在肺癌、乳腺癌、口腔癌、卵巢癌、前列腺癌等患者中的表达水平明显高于正常人。同时,研究表明另一种DNA损伤修复酶--瓣状核酸内切酶1(FEN1)的过表达会促进肿瘤细胞的增值和分化,而且FEN1的功能缺失将导致基因组的不稳定和癌症的易感性。此外,相比于正常组织,肿瘤组织内的FEN1含量更高,且过表达的FEN1与肿瘤的大小、分化程度及TNM分期有关。因此,PARP-1和FEN1可以作为新型的肿瘤标志物,通过检测它们在生物体内的含量来预判肿瘤的发生和发展。本文主要应用纳米材料构建了两种不同的生物传感器,用于PARP-1和FEN1活性的定量检测。本文主要内容如下:(1)基于表面带有大量负电荷的多聚ADP核糖聚合物(PAR)和阳离子聚合物(PFP),我们构建了一种免标记、高灵敏度的光电化学生物传感器用于PARP-1活性的定量检测。据我们所知,这是第一次采用光电化学的方法来检测PARP-1的活性。首先PARP-1被特定的双链DNA激活后将烟酰胺与核糖连接的糖基键断开,所产生的ADP-核糖聚合生成具有约200个ADP-核糖的线形或支链状的PAR。由于ADP含有大量的磷酸根(PO43-),因此PAR表面带有大量的负电荷。正电性的PFP通过静电作用吸附在PAR表面。在光照条件下,具有良好光电性能的PFP会产生可供检测的光电流信号。PARP-1量越多,产生的光电流信号越强。尽管双链DNA也含有PO43-,但其数量较少,只能吸附较少的PFP,产生较弱的背景信号。该方法具有更宽的检测范围(0.01 U-2.0 U),检出限为0.007 U。此外,本方法对卵巢癌细胞(A2780)和乳腺癌细胞(MCF-7)中PARP-1的活性分别进行了检测,同时与人PARP试剂盒进行了对比,得到了满意的结果。(2)基于金纳米粒子(Au NPs)对poly A序列的强亲和性和Oli Green对胸腺嘧啶(T)的选择性,我们构建了一种易制备的多功能纳米探针用于FEN1活性的高灵敏度检测。首先,将单链DNA(ss DNA)3’-端的poly A部分吸附在Au NPs表面,而5’-端的poly T部分由于与Au NPs的亲和力很弱,处于悬挂状态,由此我们构建了一个受poly A调控的纳米探针(Au NPs-poly A-poly T)。这个纳米探针不仅可以猝灭荧光,而且可以作为FEN1的一种新型纳米底物。当FEN1不存在时,Oli Green吸附在poly T上发出的绿色荧光会被Au NPs猝灭;当FEN1存在时,它可以识别并有效剪切poly T部分,使其荧光恢复。这表明尽管自组装的纳米探针与FEN1的传统底物(含flap链的ds DNA结构)不同,但仍是可以被FEN1有效识别的人造底物。该方法的检测范围为0.05 U-2.0 U,检测限为0.007 U。同时通过共聚焦成像可以区分癌症细胞和正常细胞,表明该方法在临床诊断方面具有广阔的应用前景。
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