外泌体包裹了丰富的生物分子，如miRNA、mRNA、DNA、蛋白质和脂质等。研究发现，外泌体中的miRNA参与了许多生理和病理过程。与外周血中的游离miRNA相比，外泌体miRNA被包裹在外泌体脂质膜中，可有效规避RNase降解，具有更高的稳定性。此外，外泌体miRNA存在于多种体液中，具有更广泛的样本来源，如血液、尿液和唾液等。鉴于这些特点，外泌体miRNA有望在疾病筛查、诊断和预后方面成为更有价值和可靠的生物标志物。然而，由于miRNA具有体积小、序列同源性高、丰度低等特点，外泌体miRNA分析检测仍然面临着挑战。因此，开发外泌体miRNA的准确、灵敏检测新方法对于非侵入式疾病早期诊断具有重要意义。
近日，青岛农业大学李峰团队在国际期刊Analytical Chemistry发表了题为“Integrating Reliable Pt-S Bond-Mediated 3D DNA Nanomachine with Magnetic Separation in a Homogeneous Electrochemical Strategy for Exosomal MicroRNA Detection with Low Background and High Sensitivity”的研究成果（DOI:10.1021/acs.analchem.3c03914），通过将Pt-S键介导的三维DNA纳米机器和磁分离融合于均相电化学传感策略中，成功实现了复杂生物样品中外泌体高灵敏、高特异性检测。论文第一作者为杨立敏教授，论文通讯作者为李峰教授。李峰教授一直从事生物传感、化学生物学等化学与生物、海洋、食品安全等交叉领域的科学研究工作。
在该方法中，将双链PDNA/WDNA和DNA1/DNA2通过Pt-S键同时锚定在Fe3O4@Pt表面，制备三维DNA纳米机器。当目标miRNA和外切酶III (Exo III)存在时，miRNA可以特异性地与PDNA杂交形成双链结构，导致WDNA释放并与Fe3O4@Pt表面的DNA2杂交，随后释放DNA1。同时，Exo III分别切割miRNA/PDNA和WDNA/DNA2中的PDNA和DNA2，实现目标miRNA和WDNA的循环，最终导致Fe3O4@Pt表面存在多个单链DNA1。为了进一步有效地增加检测信号，将大量的电活性物质，亚甲基蓝（MB），包裹在脂质体中。经DNA3功能化后，得到了脂质体-MB-DNA3探针。因此，在目标miRNA存在的情况下，Fe3O4表面可捕获大量脂质体-MB-DNA3探针。与Triton X-100孵育后，脂质体会释放出大量MB分子，磁分离后留在上清液中，导致电化学信号明显增加。相反，在没有目标miRNA的情况下，脂质体-MB-DNA3无法被Fe3O4捕获，显著降低了背景信号。因此，通过巧妙地将低背景与多重信号放大策略融合于均匀电化学生物传感策略中，实现了miRNA的高灵敏、高特异性检测。
总之，采用低温冷冻法合成的三维DNA纳米机器，能抵抗生物硫醇的影响，且兼具制备过程简单、省时、快速等优点。此外，磁性三维DNA纳米机器不仅使检测系统具有低背景信号的优势，且与脂质体纳米载体协同增强电流信号，成功实现了复杂生物样品中外泌体miRNA的灵敏检测。此外，该方法具有良好的抗干扰能力，能有效区分癌症患者和健康受试者的血浆样本，在非侵入疾病式早期诊断领域具有潜在的应用价值。该研究工作得到了国家自然科学基金、山东自然科学基金重大基础研究项目等基金的资助。
参考文献：
Integrating Reliable Pt-S Bond-Mediated 3D DNA Nanomachine with Magnetic Separation in a Homogeneous Electrochemical Strategy for Exosomal MicroRNA Detection with Low Background and High Sensitivity. Analytical Chemistry, 2023, November 21, DOI: 10.1021/acs.analchem.3c03914
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