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Angew. Chem. :近红外光编程的miRNA放大器用于体内早期肿瘤成像2023-12-31
临床影像学技术可以有效评估肿瘤体积大小,然而欠缺分子生物学层面的灵敏度。在产生大小和形态变化之前,肿瘤的发生往往伴随着生物分子的异常表达,而现有常规的检测方法,如活检等,又需要侵袭性采样过程。因此,原位活体成像低含量生物标志物对于癌症的早期检测具有重要意义。

MiRNA是一类内源性、非蛋白质编码的单链RNA小分子,其异常表达与肿瘤的形成、侵袭和迁移密切相关,这使miRNA成为癌症早期诊断的生物标志物。目前报道的miRNA光学探针成像窗口多在可见光区,具有较高自体荧光背景信号以及有限的组织穿透深度,从而限制其在活体成像中的应用。稀土纳米颗粒具有明亮的近红外二区荧光,是活体成像的优秀工具。然而,由于稀土纳米颗粒无法与信号放大策略,特别是可控的信号放大策略相结合,从而限制了其在低表达生物标志物成像中的应用。

近日,南京大学刘颖教授课题组将可激活的DNA步行者信号放大策略与稀土纳米材料相结合,设计了一种近红外光编程的miRNA放大器用于早期肿瘤活体原位成像,该策略比直接监测肿瘤体积变化的方法具有更高的灵敏度。

 

 

 

 

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DNA步行者组合由一条miRNA响应的DNAzyme行走链和多条修饰有近红外二区吸收染料FD1080的DNA底物链构成,被修饰在稀土纳米材料上。FD1080猝灭了稀土纳米材料在808nm激发下的1060nm下转换发光。DNAzyme行走链上的miRNA识别区域被一段光响应的封闭链保护,以避免DNA步行者组合在体循环过程中被激活产生 “假阳性”信号。当探针到达肿瘤部位,980nm激发稀土纳米材料上转换紫外发光释放保护链,恢复DNAzyme 行走链识别miRNA,连续切割底物链实现了稀土纳米材料近红外二区1060nm发光的恢复与放大,从而实现早期肿瘤内低含量的miRNA成像。

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NIR-II区细胞成像结果表明,不含有光响应保护链的DNA步行者纳米机器(AA-DNA nanomachine)会被非特异性激活,产生“假阳性信号”。反之,含有光响应保护链的DNA步行者纳米机器(DNA nanomachine)可以有效避免体循环过程中的非特异性激活与“假阳性信号”产生。DNA步行者纳米机器能够有效评估不同细胞系中miRNA相对表达量,信号强度趋势与qRT-PCR结果相吻合,表明DNA纳米机器在细胞内miRNA精准成像方面具有很大的应用潜力。

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DNA步行者纳米机器在早期乳腺癌模型中表现出明显的荧光恢复,比MRI成像更早检测出了早期肿瘤的发生,展现了近红外二区DNA步行者纳米机器在早期肿瘤成像中的潜在应用前景。该工作为体内低含量生物标志物成像和早期肿瘤诊断提供了一种新策略。

文信息

A NIR Programmable In Vivo miRNA Magnifier for NIR-II Imaging of Early Stage Cancer

Caixia Wang, Yuxin Xie, Xuefang Song, Zhicong Chao, Kun Wu, Yanyun Fang, Hongxia Zhao, Prof. Huangxian Ju, Prof. Ying Liu

文章的第一作者是南京大学的博士生王彩霞和硕士生解宇欣。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202312665

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