Anal.Chem.：框架核酸和球形核酸协同增强的电化学纳米传感器通过检测相关循环miRNA用于快速诊断急性心肌梗死

以下文章来源于分析人 ，作者分析人

《背景介绍》

随着急性心肌梗死(AMI)的快速发病在全球范围引起高发病率和死亡率，心肌损伤的早期诊断已成为临床心脏病学中一个重大的挑战。AMI发作后的第一个小时在临床上被认为是挽救患者生命的黄金时间，即使考虑到实际情况，心肌细胞也应在三小时以内得到挽救。据报道， 循环血液中的一些miRNA，如miR-499在AMI发作后快速显著升高，这意味着评估循环miRNA水平将是一种有前途的AMI早期诊断策略。然而，这些与AMI相关的miRNAs在患者循环血液中以极低的水平存在，通常需要通过核酸扩增策略来达到预期检测效果，但这样的策略往往需要以时间作为代价。因此，同时满足检测速度和检测灵敏度两方面需求仍然是临床检测AMI相关miRNA的一个棘手问题。基于此，本研究旨在开发一种由框架核酸和球形核酸协同增强的电化学发光（ECL）纳米传感器，避免检测过程中耗时的放大过程。

近期，中国科学技术大学李涛教授课题组报道了一种框架核酸和球形核酸协同增强的高灵敏ECL纳米传感器，通过检测相关循环miRNA用于快速诊断急性心肌梗死。相关成果以“Framework and Spherical Nucleic Acids Synergistically Enhanced Electrochemiluminescence Nanosensors for Rapidly Diagnosing Acute Myocardial Infarction Based on Circulating MicroRNA Levels”为题发表在国际化学权威杂志Analytical Chemistry上（DOI: 10.1021/acs.analchem.2c03144）。

研究的主要内容

在本研究中，作者在本课题组之前工作中所提出的球形核酸酶的基础上（Anal. Chem. 2019, 91, 3652–3658；Anal. Chem. 2019, 91, 12948–12953；ACS Sens. 2019, 4, 3219–3226）进行了改进：通过共价连接的方式，加强了血红素和DNA的作用强度，进一步提升了球形核酸酶的催化效果，降低了背景信号。另一方面，使用框架核酸作为电化学传感界面，可以大幅降低电极表面的非特异性吸附，而且框架核酸的刚性支撑更有利于电极表面的链杂交反应，有效缩短反应时间。检测体系中，用于捕获目标miRNA的两条探针链分别修饰于c-SNAzymes和框架核酸纳米平台上，在靶miRNA存在时杂交形成Y型结。此时c-SNAzymes作为一种高效催化剂，被捕获到电极表面，有效增强了鲁米诺-过氧化氢电化学发光信号(图1)。总之，c-SNAzyme和框架核酸纳米平台的联合使用显著增强了ECL信号，同时降低了背景。结合以上两方面优势，该传感器可以在30分钟实现miR-499低至10aM的检测（图2）。除此之外，为了验证此方法的可靠性，对实际病人和正常人的血清样品进行了检测，图3实验证明使用此策略可以有效区分正常人和AMI病人，进一步表明此方法在AMI诊断方面的潜在应用价值。

图1 miRNA传感平台示意图（来源：Anal.Chem.）

图2 设计的生物传感器对不同浓度miR-499检测结果。(A)不同浓度miR-499触发的电化学发光信号-电位图。miR-499的浓度依次为0 M、10 aM、100 aM、1 fM、10 fM、100 fM、1 pM、10 pM、100 pM和1 nM。(B) miR-499的检测校准曲线。(C)通过记录15次连续循环电位扫描结果表明电化学发光生物传感器的稳定性。miR-499的加入量为1 nM。(D)传感平台的特异性。这里使用的样品分别为空白，100pM miR-16, 100pM miR-133a, 100pM miR-208, 100pM miR-328, 10pM miR-499，以及所有上述miRNA的混合物。（来源：Anal.Chem.）

图3 人血清中内源性miRNA的检测。内源性(A) miR-16在健康人(N = 10)和AMI患者血清(N = 10)和(B) miR-499在正常人(N = 10)和AMI患者血清(N = 10)的ECL归一化强度。(C)健康对照组(N = 10)和AMI患者(N = 10)之间miR-16和miR-499归一化电化学发光强度的散点图。（来源：Anal.Chem.）

小结

总之，本工作介绍了一种基于框架核酸的电化学发光生物传感器，使用c-SNAzymes作为纳米催化剂，在30分钟内实现低丰度miRNAs的检测。得益于该设计，该课题组成功地从人血清中检测到了循环miRNA，这有助于区分AMI患者和正常人。鉴于时间和灵敏度的双重优势，此平台在AMI的快速诊断中具有很大的应用潜力。

转自：“NANO学术”微信公众号

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