四面体DNA纳米材料在骨组织工程中的应用

骨缺损是临床治疗难题,基于骨组织工程研制的生物活性材料为修复骨缺损提供了新方向。随着基因研究的发展,DNA纳米技术逐渐应用于骨组织工程研究中。四面体DNA纳米结构是通过折叠形成特殊的三维DNA结构,具有独特的优势,它在药物运输、生物分子检测、组织血管形成、干细胞功能调节、骨与软骨细胞修复等方面有积极的作用。该文就四面体DNA纳米材料及其在骨组织工程中的应用进行综述。

四面体DNA核酸适体生物传感器构建方法及应用

核酸适体是一种单链DNA/RNA分子,具有合成简单快速、稳定性高、特异性强、靶分子范围广且易于修饰等优点,在生物传感领域具有良好的应用前景,如何实现核酸适体在传感界面的高活性有序固定是核酸适体生物传感器面临的一大难题。四面体DNA是由四条单链DNA组成的三维DNA纳米结构,引入四面体DNA可以提高传感界面核酸适体识别靶分子的能力,由于DNA碱基间特异的A-T、G-C互补配对规则,通过调整DNA的链长可以精确控制四面体DNA三维纳米结构的大小、相邻DNA探针链的距离。基于四面体DNA的三维纳米结构有望解决核酸适体在传感界面高活性有序固定的难题。本文对四面体DNA的结构及固定方式、四面体DNA核酸适体生物传感器的构建方法及应用等进行了介绍,分析了四面体DNA核酸适体生物传感器面临的问题并展望其前景,以期为高灵敏四面体DNA核酸适体生物传感器的构建提供参考。

基于四面体DNA框架的循环信号放大策略用于microRNA的电化学检测

基于四面体DNA框架和G-四链体(G4)结构,利用靶标介导的无酶链置换循环信号放大策略,构建了一种电化学传感策略,用于microRNA-21的高灵敏检测。根据靶标(microRNA-21)序列设计四面体DNA框架发夹探针,当靶标存在时,其与四面体DNA框架上的发夹探针互补配对杂交,进而启动3条发夹DNA的链置换循环反应,在电极表面形成大量的“Y”型DNA。每个“Y”型DNA结构中的2个末端均有G4结构,可与血红素(hemin)形成一种具有类辣根过氧化物酶特性的G4/hemin DNAzyme,催化3,3',5,5'-四甲基联苯胺和过氧化氢的反应并产生较强的电流信号,从而用于microRNA-21的检测。当靶标不存在时,链置换反应无法启动,因而电化学信号较弱。结果显示,在1.00 fmol/L~1.00 nmol/L浓度范围内,峰电流差值(各浓度电流值-空白组电流值)与microRNA-21浓度的对数值具有良好的线性关系,线性方程为ΔI=45.04lgc+756.1,线性相关系数R^(2)=0.9987,检测限为17.92 amol/L。该方法有望用于与miRNA-21相关的肿瘤早期诊断的临床应用。

基于3D打印和丝网印刷制作的电化学微流控反应器及其在DNA四面体上的应用

为了能够实现快速、低成本的制作电化学微流控反应器,并将其用于电化学合成DNA四面体,利用纳米材料结合丝网印刷技术构建低成本的pH敏感电极,利用3D打印技术制作牺牲层管道以及框架结构用于快速构建带有盐桥的微反应池,并开发了微型恒电位控制电路。实验结果表明,基于TiO2与Co3O4的丝网印刷pH敏感电极可以对2~12的pH值进行敏感测量,并且可以通过在其与Ag/AgCl电极之间施加恒电位逆向调控溶液的pH值。将基于3D打印结合丝网印刷制作的电化学微流控反应器搭配微型恒电位控制电路用于电化学合成DNA四面体。实验结果表明,该系统可合成不同碱基长度20 bp、26 bp、37 bp的DNA四面体,时间为6 min,相比于传统热法合成DNA四面体需要30 min,时间大为缩短。该种制作工艺可应用于电化学合成DNA四面体,并具有微型化、集成化、低成本制作电化学微流控反应器的发展潜力。

基于核定位序列-DNA四面体复合纳米结构的细胞核成像研究

基因治疗的关键是如何高效转运基因进入细胞核并发挥作用,实时观察脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid,DNA)在细胞核中的分布对于了解基因治疗的效果非常重要。其中,载体的安全性、运输效率等是基因治疗的关键影响因素。本工作构建了核定位序列(Nuclear Localization Signal,NLS)与DNA四面体的复合结构,提高了细胞核摄取DNA四面体的效率。利用"点击"化学反应将NLS与DNA四面体进行共价连接,解决了简单混合带来的稳定性差等问题。进一步研究了不同长度和等电点的NLS序列在与DNA四面体连接时的效率,发现与经典的NLS_(12)相比,等电点为4.84的NLS29与DNA的非特异性结合显著降低,连接反应的效率从37.3%提高到72.3%。经高效液相色谱(High Performance Liquid Chromatography,HPLC)分离纯化后的NLS12-DNA和NLS29-DNA均可以靶向细胞核,说明改变NLS的长度和等电点后仍保持了很好的活性。该研究改善了正电NLS与负电DNA之间由于非特异性结合容易形成沉淀的问题,为临床基因治疗奠定了基础。

DNA四面体纳米材料及其功能化研究进展

DNA四面体纳米材料具有较高的稳定性、良好的生物相容性及易于修饰等优点,在生物传感器、药物输送、生物成像和分离分析等领域得到了广泛的研究与应用。研究人员采用不同的设计方法,将特异性功能分子修饰在DNA 四面体顶点、DNA 四面体笼状结构内部、DNA双螺旋结构内部和DNA四面体边臂等位置,从而将DNA四面体的优势与修饰分子的特异性功能有机结合,实现DNA四面体材料的功能化。本文回顾了DNA纳米技术的发展历程,介绍了DNA四面体纳米材料的4种不同的功能化修饰方法及其研究应用现状,并展望了未来的发展趋势。

基于DNA四面体纳米结构探针的电化学生物传感器检测DNA甲基化

该文以DNA四面体纳米结构探针(TSP)为捕获探针,将辣根过氧化物酶标记的IgG抗体结合在纳米金颗粒表面(AuNPs-IgG-HRP)作为信号分子,构建了一种新型DNA甲基化电化学传感器。利用一步热变性法组装成TSP后,通过Au—S键固定在修饰纳米金颗粒的金电极表面,经过靶标DNA杂交、5-甲基胞嘧啶(5-mc)抗体及AuNPs-IgG-HRP结合后,用差分脉冲伏安法(DPV)进行检测。采用循环伏安法(CV)和电化学阻抗谱(EIS)对修饰电极的构建过程进行电化学表征。探究了杂交时间、5-mc抗体浓度、IgG-HRP加入体积、氢醌(HQ)和过氧化氢(H2O2)浓度对传感器的影响。在最佳条件下,该传感器对甲基化DNA的线性响应范围为1.0×10^-15~1.0×10^-10 mol/L,检出限(S/N=3)为4.4×10^-16 mol/L。该传感器具有良好的选择性和稳定性,为DNA甲基化检测提供了新方法。

血清对细胞摄取DNA四面体纳米结构行为的影响

研究了细胞培养基中的胎牛血清(FBS)对DNA四面体(Tetrahedral DNA nanostructure,TDNs)进入He La细胞的速度和内吞途径的影响。采用自组装技术得到荧光标记的TDNs结构,利用HPLC技术分离得到纯度>95%的TDNs单体,分别采用流式细胞术和共聚焦显微成像等技术比较了在有无血清的情况下,细胞摄取量随时间的变化以及FBS对TDNs摄取途径的影响。实验结果表明,TDNs在培养基和细胞裂解液环境中可以稳定存在12 h以上,培养基中的FBS能够提高He La细胞对四面体的摄取量,但并未改变TDNs进入He La细胞的内吞途径。本研究揭示了环境中蛋白质等生物分子对于DNA四面体结构与细胞界面相互作用的影响,为基于DNA纳米材料的细胞学纳米载体的设计和优化提供了新思路。

DNA四面体对嵌入式染料荧光各向异性的影响

嵌入式染料的荧光各向异性在核酸分析、荧光探针构建和生物传感等领域具有重要的应用意义,而目前基于框架核酸的嵌入式染料的荧光各向异性的研究很少。本工作通过DNA序列设计精确调控DNA四面体(DNA Tetrahedrons,TDN)框架核酸的尺寸,利用同步辐射X射线小角散射表征DNA纳米结构,结合嵌入式染料SYBR Green I、DAPI和DiYO-1,构建了一系列TDN荧光各向异性探针,研究了TDN尺寸对探针荧光各向异性的影响。实验结果表明:对于单嵌入式SYBR Green I和DAPI,随着TDN尺寸增加,探针的荧光各向异性增加。对于双嵌入式DiYO-1,探针的荧光各向异性随着四面体棱长的增加先降低后增加。该研究表明通过精确调控TDN尺寸可以实现对荧光染料各向异性的调控,以框架核酸为载体的荧光各向异性探针有望成为一种新型的优异探针。

DNA四面体纳米结构及其在生物技术领域的应用进展

DNA四面体纳米结构是一种通过精确巧妙的DNA序列设计,应用碱基互补配对的原则,由4条单链自动杂交结合而成的具有四面体形状的DNA三维纳米结构。其具有良好的生物相容性和优异的细胞膜通透性,同时制备较为简单且产率高、尺寸以及动态性均可调节,因而在微生物鉴定、医学诊断和生物传感器等领域得到了广泛的研究与应用。基于此,介绍了DNA四面体纳米结构及其功能化修饰,综述了DNA四面体纳米结构在生物技术领域的应用进展,以期为推动DNA四面体纳米结构的研究、拓宽其应用领域提供参考。

以DNA四面体为载体研究CpG对免疫Melan-A抗原肽协同作用

目的:通过将Melan-A抗原肽与CpG连接在DNA四面体上,并控制肽链与CpG之间的距离和CpG的个数,研究CpG对具有免疫原性的Melan-A抗原肽的协同作用。方法:将特定设计合成好的四面体-肽、四面体-肽-CpG(I)、四面体-肽-CpG(II)注射到小鼠体内,运用ELISA法检测小鼠血清中IL-6的浓度。结果:相应产生的IL-6的浓度为9.238 pg/mL、17.150 pg/mL、18.865 pg/mL。结论:CpG增强了Melan-A抗原肽的免疫作用,并且CpG个数越多增强效果越好。

0-1整数规划问题的DNA四面体步行者计算模型

DNA折纸术是一种新型的自组装方法,广泛应用于DNA计算中.基于DNA折纸术设计了一个DNA四面体步行者,并将DNA四面体步行者应用于求解0-1整数规划问题.通过DNA四面体步行者的行走,来找出所有可能解.最后,通过DNA四面体步行者所携带的纳米金颗粒的个数来判断是否是0-1整数规划问题的可行解.该模型求解错误率低,具有很强的可控性和实用性.

DNA折纸技术在干细胞领域应用的研究进展

DNA折纸技术是近年来新提出的一种DNA自组装方法,可设计特定的DNA序列,遵循碱基互补配对原则来构建出更为复杂的纳米结构与纳米图案。近期发现通过DNA折纸技术构建出的DNA四面体纳米结构(TDN)在干细胞领域有着巨大应用潜能。本文就TDN结构、生物学特性以及在干细胞领域的应用进行综述。

基于分子信标的DNA自组装立体结构

文章讨论了分子信标技术和DNA自组装作为DNA计算的重要模型,并对近年来分子信标技术和DNA自组装技术的发展状况进行了总结;将分子信标技术的优势融入DNA自组装模型,提出一种DNA四面体结构,并利用该结构解决布尔逻辑运算问题。

应用DNA四面体探针电化学生物传感器检测埃博拉病毒核酸

目的建立一种基于电化学生物传感器的快速检测埃博拉病毒核酸的方法。方法利用一步热变性法自组装成带有固定探针的DNA四面体后,通过Au-S键固定至金电极表面制备成新型核酸探针。与合成的埃博拉病毒核酸序列特异性结合后引入Bio-ss DNA检测序列,通过生物素和链霉亲和素的特异性结合作用引入avidinHRP放大信号,利用计时电流法进行检测。结果该传感器可特异性识别和定量检测人工合成的埃博拉病毒的核酸序列,通过实验条件优化,测定核酸的浓度范围在1.0×10^(-9)~5.0×10^(-6)mol/L呈良好的线性关系,检测下限为5.2×10^(-10)mol/L。结论所构建的DNA四面体探针修饰的电化学生物传感器实现了对埃博拉病毒核酸的灵敏、特异检测。

细胞膜锚定DNA四面体传感器实时监测外泌体的分泌

外泌体是细胞主动分泌的一种纳米级双层膜结构的小囊泡,能够直接反映分泌细胞的生理和功能状态,进行细胞间的物质运输和信息通讯,并参与多种生理及病理过程.本文针对细胞分泌外泌体的动态过程,以DNA四面体为基础,结合细胞膜修饰技术和荧光成像技术,构建了一种易操作、高稳定性的细胞膜表面DNA四面体传感器,应用于不同细胞类型分泌外泌体的实时监测. DNA四面体传感器通过脚支链与疏水性胆固醇探针的杂交互补作用锚定于细胞膜表面,利用四跨膜蛋白CD63核酸适配体序列特异性捕获细胞膜表面释放的外泌体,通过监测细胞膜表面荧光的变化,实时测定外泌体的分泌情况.

新型DNA四面体纳米载药系统靶向乳腺癌细胞的研究

目的本实验设计开发了新型的亲和小体(affibody)-DNA四面体纳米结构用以支载小分子核苷类药物,以此提高其治疗效果,降低全身毒性。笔者选用5-氟尿嘧啶脱氧核苷(FUdR)作为典型的核苷药物,并通过化学修饰获得其亚磷酰胺形式的化合物。方法通过DNA固相合成技术分别将10个FUdR分子连接到4条DNA单链的5'末端,该结构通过linker与靶向配体affibody偶联。4条DNA单链再根据碱基互补配对的原则自组装形成具有靶向作用的affibody-FUdR-DNA四面体纳米药物。结果该纳米药物尺寸为20 nm,载药FUdR的摩尔比例为19.6%,其在血浆中稳定性良好。体外细胞实验显示该纳米药物对HER2高表达乳腺癌细胞BT474表现出高选择性和高细胞抑制活性(81.2%),而对HER2低表达细胞MCF-7具有较低毒性。结论Affibody-DNA四面体纳米结构作为1种简单而有效的主动靶向纳米递送载体,为核苷类抗肿瘤药物的运输提供了新的途径。

HPLC法测定DNA纳米运输系统载药阿霉素的含量

目的:建立反相高效液相色谱法测定DNA四面体纳米运输系统中阿霉素的含量。方法:采用Agilent Extend C18色谱柱,以含0.05%三氟乙酸的水溶液-含0.05%三氟乙酸的乙腈溶液(72:28)为流动相,流速1.0 mL·min^-1,检测波长260 nm,柱温30℃。结果:阿霉素浓度在5~150μmol·L^-1范围内与峰面积呈现良好的线性关系(r=0.999 5);加样回收率为97.6%~104.2%(RSD<1.5%,n=6)。优化得到DNaseⅠ脱氧核糖核酸酶酶解DNA四面体释放阿霉素的最佳酶解浓度和最佳酶解时间分别为0.3 mg·mL^-1和30min。3批样品中DNA四面体结合阿霉素含量分别为131.6、131L4、132.1μmol·L^-1。结论:该方法为定量分析DNA载体系统中阿霉素的含量提供了有效方法。