微小核糖核酸（miRNA）是一类短链非编码RNA，在基因调控中发挥一系列关键作用。2024年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家Victor Ambros和Gary Ruvkun，以表彰他们发现了miRNA及其在转录后基因调控中的作用。研究表明，异常的miRNA表达往往是由多种癌症类型的基因畸变引起的，并通过靶基因表达的失调在癌症的发生、发展中发挥作用。因此，许多miRNA与肿瘤的发病机制密切相关，包括细胞增殖、侵袭等。miRNA诊断模型的建立有助于早期检测多种高风险的癌前病变。
近期，苏州医工所缪鹏课题组通过环张力促进的叠氮-炔环加成反应(SPAAC)辅助三维DNA纳米结构的调控，并进一步开发了新型的miRNA检测方法（图1）。首先设计了5条单链DNA用于组装DNA截锥体纳米结构。通过序列末端巯基修饰可将其底部牢固地结合在金电极表面；其顶端序列与目标miRNA序列结合并被双链特异性核酸酶（DSN）降解，进而激活该纳米结构的三条侧链与P1进行SPAAC反应。SPAAC是一种无金属无酶辅助的叠氮化物和环辛基类炔烃之间的点击反应，具有高选择性和生物正交特性，因此非常适合在DNA纳米结构的离散位点上进行连接反应。生成的三条长单链自发折叠为茎环结构，缩短了P1末端修饰的二茂铁与电极之间的距离，有效提升了电化学响应（图2）。该传感器利用三维DNA纳米结构进行目标序列的高效分子识别，进一步利用酶促反应与SPAAC点击化学反应调控DNA纳米结构，实现电化学信号放大。该传感器具有极高的灵敏度，此外在生物样本测试中表现出高度的特异性和稳定性（图3），具有广阔的应用前景。
图1 SPAAC辅助DNA纳米结构转换及DSN酶促信号放大示意图
图2 电极修饰的电化学表征及茎环结构信号增强效应
图3 基于三维DNA纳米结构转换及点击化学的miRNA电化学传感器性能结果
相关结果已发表在Nano Letters上(中国科学院一区)。论文第一作者为硕士研究生王婷婷，通讯作者为缪鹏研究员。该工作得到了国家自然科学基金（82272119）的资助。
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