生命科學(xué)學(xué)院李根喜教授課題組在生物分子工程及臨床檢驗應(yīng)用研究方面取得系列進展
近期，國際著名期刊【Chemical?Science】以封面文章發(fā)表了我校生命科學(xué)學(xué)院李根喜教授課題組在生物分子工程及臨床檢驗應(yīng)用方面的一項成果，并且被作為熱點論文加以介紹。酶聯(lián)免疫分析是生物醫(yī)學(xué)研究及臨床檢驗中最常用的技術(shù)手段，但存在檢測信號單一、檢測靈敏度較低等問題。李根喜教授課題組首次實現(xiàn)了酶聯(lián)免疫分析的同時多色檢測，極大地彌補了傳統(tǒng)酶聯(lián)免疫測定中效率低下的問題，并且證實了聯(lián)合分析病人血清中三種腫瘤標(biāo)志物，可以顯著提高肺癌的檢出率，為癌癥的早期診斷和對癥施治提供了非常有益的信息。在這一工作中，他們通過將抗體分子修飾在富含羧基的石墨烯邊緣，然后再通過π-π相互作用和疏水作用力將多種變色分子如孔雀石綠、甲基紅、酚酞、百里酚酞分別吸附到石墨烯表面，從而制得多種pH響應(yīng)的變色納米探針，因此實現(xiàn)了多種腫瘤標(biāo)志蛋白的多色分析。相關(guān)成果以“Improvement?of?enzyme-linked?immunosorbent?assay?for?the?multicolor?detection?of?biomarkers”為題發(fā)表于【Chemical?Science,?2016,?7,?3011-3016】。
圖1：pH響應(yīng)的納米探針用于腫瘤標(biāo)志蛋白的多色分析。
李根喜教授課題組長期從事生物分子工程及臨床檢測應(yīng)用方面的研究工作，近期與南京醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院（江蘇省人民醫(yī)院）、附屬第二醫(yī)院、以及南京大學(xué)附屬鼓樓醫(yī)院的有關(guān)專家合作，在疾病標(biāo)志蛋白分析新方法及臨床檢驗應(yīng)用方面取得了系列進展，為臨床醫(yī)學(xué)診斷和治療提供了全新的技術(shù)路徑。例如，疾病蛋白標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)為相關(guān)疾?。ㄈ缒[瘤、心血管疾病等）的快速、準(zhǔn)確診斷帶來了新的契機，然而在疾病發(fā)生的早期階段，這些標(biāo)志物的濃度很低，現(xiàn)有的檢測方法往往對此無能為力，為此，李根喜教授課題組利用“DNA步行者”的基本原理，設(shè)計了一種全新的電化學(xué)生物傳感器，可以用于多種臨床上常用疾病標(biāo)志物的靈敏檢測。在這一工作中，他們通過設(shè)計一種雙功能DNA探針，其一端的功能區(qū)域可以特異性地識別待測物，另一端的功能區(qū)域則能夠與電極界面上事先修飾好的信號DNA短鏈互補配對形成DNA核酶。當(dāng)待測物存在時，多個雙功能DNA探針可以與待測物形成類似于“DNA步行者”的組裝體，在鄰位效應(yīng)的幫助下，組裝體通過多個雙功能DNA探針與電極上信號鏈的結(jié)合，形成完整的核酶切斷信號鏈，而熱穩(wěn)定性的變化促使雙功能DNA探針脫離下來，繼續(xù)結(jié)合下一個信號鏈并將其切割，從而形成有效的放大效應(yīng)。研究結(jié)果證明該檢測體系可實現(xiàn)大范圍（10-18-10-9?M）和高靈敏度（10-18?M）疾病標(biāo)志物的檢測，為疾病的早期診斷提供了有利的工具，同時，該研究也為利用DNA機器來構(gòu)建蛋白質(zhì)電化學(xué)檢測方法提供了新的設(shè)計思路。相關(guān)成果以Simple?electrochemical?sensing?of?attomolar?protein?using?fabricated?complexes?with?enhanced?surface?binding?avidity為題發(fā)表于【Chemical?Science,?2015,?6,?4311-4317】。
圖2：基于DNA“步行者”的電化學(xué)傳感器用于蛋白質(zhì)分析示意圖。
再如，腫瘤分型與分期的鑒定對確定治療方案和判斷病人的預(yù)后有著非常重要的意義，目前臨床上常用的分析方法是組織學(xué)病理檢測，但是基于少量瘤組織切片進行分級，常常難以準(zhǔn)確反映整個腫瘤的分化程度，而且容易受到分析人員主觀因素的干擾，使分級的價值受到影響，因此，他們提出了一種由石墨烯與DNA修飾的金納米顆粒組成的比色傳感器陣列，可以快速、準(zhǔn)確的鑒定出非小細胞肺癌兩種最常見的亞型――肺腺癌與肺鱗癌及其三種分期，而且檢測過程簡單，無需儀器即可完成肉眼可分辨的檢測，方便實際應(yīng)用，相關(guān)成果以An?array-based?approach?to?determine?different?subtype?and?differentiation?of?non-small?cell?lung?cancer為題發(fā)表于【Theranostics,?2015,?5,?62-70】。
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圖3：基于ssDNA-GNPs-GO體系的比色陣列用于肺癌分型與分期的鑒別。
近日，【Scientific?report】以Enzymatically?Regulated?Peptide?Pairing?and?Catalysis?for?the?Bioanalysis?of?Extracellular?Prometastatic?Activities?of?Functionally?Linked?Enzymes為題發(fā)表了李根喜教授課題組的另外一項成果(www.nature.com/articles/srep25362)?：他們利用新型生物傳感分子探針，針對腫瘤的侵襲過程，發(fā)展了酶活性與生物學(xué)功能分析的生物傳感新技術(shù)。在這一研究工作中，他們通過將各種蛋白酶、轉(zhuǎn)肽酶的活性變化轉(zhuǎn)化為卷曲螺旋多肽雙鏈的互補配對、解離等明顯的構(gòu)象變化，并進而用這種構(gòu)象變化控制多肽與金屬離子的配位作用，最終將酶活性變化轉(zhuǎn)化為過渡金屬離子催化的化學(xué)級聯(lián)放大反應(yīng)，從而可產(chǎn)生靈敏的生物傳感信號。利用該方法，他們在乳腺癌的臨床樣本中可以觀測到血漿素、組織轉(zhuǎn)肽酶及酪氨酸羥化酶等的活性與腫瘤病情發(fā)展階段所呈現(xiàn)出的平行性。該檢測方法靈敏度高，且能夠分析多種介導(dǎo)腫瘤侵襲、癌基質(zhì)變性的關(guān)鍵蛋白質(zhì)的活性，未來腫瘤診斷和預(yù)后提供了更加可靠的技術(shù)保證。
圖4?基于多肽構(gòu)象探針構(gòu)建的腫瘤侵襲標(biāo)志蛋白活性檢測
以上研究得到國家自然科學(xué)基金重點項目、以及教育部創(chuàng)新研究團隊的經(jīng)費支持。
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