纳米酶生物材料实现肿瘤标志物灵敏检测

近日，中国农业科学院麻类研究所功能因子利用与生物合成创新团队开发出一种基于纳米酶技术与滚环扩增（RCA）技术的新型检测手段，成功实现了对肿瘤标志物脱嘌呤/脱嘧啶核酸内切酶(APE1)的超灵敏检测及活体成像。该研究为肿瘤早期诊断与精准治疗提供了创新性工具。相关研究结果发表在《分析化学（Analytical Chemistry）》上。

肿瘤精准识别是癌症早诊早治的关键挑战。脱嘌呤/脱嘧啶核酸内切酶作为重要的肿瘤标志物，其活性变化及从细胞核到细胞质的转移与肿瘤发生发展密切相关。然而，现有分子成像技术受限于低标志物含量和非特异性信号干扰，难以实现高空间分辨率的原位检测。

针对这一难题，研究团队基于前期在纳米生物材料技术基础上，构建了一种纳米生物传感器系统（DNA@ZIF-8@Protein NPs）。该系统以生物矿化金属有机框架（MOF）纳米颗粒ZIF-8为载体，同时封装功能化DNA探针与phi29 DNA聚合酶，利用脱嘌呤/脱嘧啶核酸内切酶(APE1)特异性切割触发滚环扩增反应，实现信号的放大。体外实验表明，该平台对APE1的检测范围达0.005-2 U/mL，检测限低至0.0005 U/mL，灵敏度较传统方法提升数十倍。体内实验证实，借助ZIF-8的pH响应性及靶向递送，传感器可精准富集于肿瘤组织，实时监测脱嘌呤/脱嘧啶核酸内切酶活性，实现高对比度成像，有效区分肿瘤与正常组织，降低背景干扰。

这项研究创新性地整合了MOF的高效递送能力与滚环扩增反应的信号放大优势，为肿瘤标志物的原位分子成像提供了全新策略。其核心突破在于，一是通过酶激活机制实现空间特异性信号放大，解决了传统探针灵敏度不足的问题；二是利用纳米颗粒ZIF-8的生物相容性与pH响应特性，确保了活体环境下的稳定递送与可控释放。该技术不仅为脱嘌呤/脱嘧啶核酸内切酶(APE1)相关肿瘤的早期诊断提供了高灵敏度工具，其模块化设计理念还可拓展至其他基于酶技术功能或有害成分的检测，具有广泛的应用前景。

该研究获得中国农业科学院科技创新工程等项目的资助。

原文链接：10.1021/acs.analchem.5c03866

     图：APE1激活型纳米传感器用于肿瘤标志物精准识别与超灵敏分子成像