DNA纳米机器人,开启疾病检测新时代

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上图中显示的是一个纳米级别的DNA「机器」,与抗体(黄色)相结合,当它识别出某种特定的目标抗体时,会迅速发光。(credit: Marco Tripodi)

最近,一个国际研究团队开发出了一种诊断感染及自体免疫疾病(包括HIV)的纳米机器人,使用了合成DNA,诊断过程快速、敏感、成本低廉,并可在床边进行。这项技术旨在取代目前用于诊断的蛋白质抗体检测程序,这种程序速度慢,不易操作,且价格昂贵。这项新研究发表在10月份的《应用化学》(Angewandte Chemie)期刊上。 当这个机器人遇到抗体时,抗体会使其发生结构变化,产生光信号。这种探测过程不需要化学反应来激发,速度也很快(5分钟内即可起效),即使是在很复杂的临床样本(比如血清)中,也很容易探测到目标抗体。

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抗体目标探测装置由一个发光的荧光团(F)和一个猝灭剂(绿圈)与两个单链DNA尾巴相连,结合为一个与目标测试相适合的识别元件(红色六角形)。当两个识别元件检测到目标抗体,他们会打开茎干,激活荧光团。

该论文的共同作者之一、罗马大学的Francesco Ricci教授说:「我们的方法的优势之一是,它的通用性非常强。这个DNA纳米机器人可以按需定制,探测的抗体范围非常广。这使得我们的平台适用于许多不同的疾病。」 该论文另外一名作者、蒙特利尔大学的Vallée-Bélisle教授说:「相比起现有的抗体检测技术,我们的分子平台具有显著的优势。它很快速,不需要试剂类化学药品,应用十分广泛,比如床边诊断,或生物成像。」 下一步,研究者希望能用手机来检测这些发光信号。

论文摘要:

一种基于DNA信标的、模块化的、单步抗体等蛋白质荧光检测方法我们开发了一个一步荧光检测通用平台,可以用于单价和多价蛋白的检测。这个系统基于一种确认转换的茎环DNA骨架,在它的两根茎上分别有一个小分子多肽或核酸的识别元件。识别元件与一个多蛋白或多个单蛋白相结合,会使得茎环打开,增大附着其上的荧光团/猝灭剂对的发射。传感器反应十分迅速(<10分钟),并可选择检测对象,即使在复杂的样本(如血清)中,也能检测特定的蛋白质。为证明该平台的通用性,我们检测了5种二价蛋白(其中4种是抗体,还有一种是血小板生长衍生因子)和2种单价蛋白(分别是一个Fab片段和一个TBP转录因子)。

未来学家雷·库兹韦尔曾预言,我们的身体将充满纳米机器人,它们不仅可以治疗疾病,还可以让我们的大脑与云端相连。这样的研究,会是革命的开始吗?

入门基因编辑纳米机器人
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