基于核酸四面体的肿瘤成像与治疗一体化纳米凝胶系统

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21902101
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0204.胶体与界面化学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Visualized cancer therapy is expected to achieve real-time monitoring of individual treatment, which is of great significance to enhance the cure rate of cancer. How to design and fabricate nano-assemblies to effectively control the effect of cancer diagnosis and treatment in vivo is an important scientific problem to be solved. Based on previous work, this project aimed to construct a tumor microenvironment responsive DNA nanogel system with tetrahedral DNA as the structural unit and intermolecular i-motif structure as the pH response element. The tetrahedral DNA is modified with near-infrared fluorescent molecules and carries multiple miRNA analogues. This DNA nanogel system simultaneously realizes tumor imaging with high specificity and high sensitivity as well as multiple miRNA delivery to tumor cells. By using framework nucleic acids as the nanogel skeleton, it is expected to overcome the shortcomings of traditional DNA hydrogels, such as high gelation concentration and low mechanical stability. Because the transition midpoint and transition range of i-motif conformation are tunable, a well-designed i-motif structure is expected to be responsible to the tiny pH difference between tumor microenvironment and normal tissues. FRET is employed as the fluorescence excitation method in order to enhance signal-to-noise ratio, reduce false positive signals and prolong fluorescence excitation time. The abundant modifiable sites of frame nucleic acids offer the possibility of carrying multiple microRNAs. The successful implementation of this project will realize real-time monitoring of gene therapy and provide an effective scheme for the development of visualized cancer therapy.
癌症可视化治疗有望实现实时监测的个体化治疗,对提高癌症治愈率具有重大意义。如何设计与制备纳米组装体,以实现在活体环境下对肿瘤诊疗效果的有效调控是目前需解决的重大科学问题。本项目拟在前期工作基础上,构建以核酸四面体为结构单元、以分子间i-motif结构为pH响应元件的肿瘤弱酸性微环境响应型DNA纳米凝胶,并且在核酸四面体上修饰近红外荧光分子对、搭载多个miRNA类似物,同时实现肿瘤的高灵敏性成像和对肿瘤细胞的多miRNA递送。本项目的特点在于,以框架核酸结构作为凝胶骨架,有望克服传统DNA凝胶的高成胶浓度和低机械稳定性缺点;基于i-motif的pH响应元件有望对病变与正常组织的微小pH差异作出高灵敏的响应;以荧光共振能量转移作为荧光激发方式,能够提高信噪比,减少假阳性信号;框架核酸结构丰富的可修饰位点为搭载多种miRNA提供了可能。本项目的成功实施将实现实时监测的基因治疗。

结项摘要

如何设计与制备纳米生物传感系统,以实现根据实际应用需求对传感性能的精确定制是目前需解决的重大科学问题。生物传感器中多价受配体结合的协同性对其响应灵敏性有决定作用。双分子的多价受体是人工功能性分子系统的常用工具,但目前协同性的研究中大家几乎都将单分子受体作为模型。另一方面,监测细胞微小pH变化对于疾病监测和诊断具有重要意义。因此本研究(Chem. Commun., 2021, 57, 3247)以双分子C四链体作为模型分子,考察了其氢离子结合协同性的大小以及可能的调控因素。研究结果有助于制备具有精确设计的性能的分子器件的制备。本研究构建了构建了以DNA四面体为结构单元、以分子间C四链体结构为pH响应元件的高响应型pH传感系统,在细胞层面实现了对该传感系统的检测范围的精确调控。.很多病理过程(如肿瘤生成)伴随着细胞环境pH的变化,检测细胞环境pH变化对于理解和干预这些病理过程具有重要意义。分子传感器的响应曲线取决于两个参数:响应中点和响应区间的大小。而这两个参数往往是固定的,不可调节,这阻碍了在具有生理意义的pH区间(4.5-8.0)中任意范围内pH的检测。针对这一问题,项目负责人将i-motif结构搭载在四面体框架核酸上构建pH传感器,通过改变i-motif的序列可以调控传感器的响应中点,通过混合两种传感器可以调控响应区间的大小,并且通过胆固醇-细胞膜疏水作用将四面体锚定在细胞膜上,该调控机制可用于细胞膜上pH变化的原位监测中(Anal. Chem. 2021, 93, 12170)。.另外,项目负责人对DNA纳米结构的调控方式、生物传感器制备和药物递送三个方面进行了综述(Nano Res. 2022, 15, 3504;NPG Asia Mater. 2021, 13: 42; Chemnanomat, 2022, DOI: 10.1002/cnma.202200459)。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Recent Advances in DNA nanostructure-enabled drug delivery
DNA 纳米结构药物输送的最新进展
  • DOI:
    10.1002/cnma.202200459
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Chemnanomat
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Shiliang He;Taojian Fan;Yiming Wang;Chenxi Wei;Junqing Hu
  • 通讯作者:
    Junqing Hu
Engineering DNA quadruplexes in DNA nanostructures for biosensor construction.
DNA 纳米结构中的 DNA 四链体工程用于构建生物传感器
  • DOI:
    10.1007/s12274-021-3869-y
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Nano research
  • 影响因子:
    9.9
  • 作者:
    Liu J;Yan L;He S;Hu J
  • 通讯作者:
    Hu J
Programming folding cooperativity of the dimeric i-motif with DNA frameworks for sensing small pH variations
对二聚 i-motif 与 DNA 框架的折叠协同性进行编程,以检测微小的 pH 变化
  • DOI:
    10.1039/d1cc00266j
  • 发表时间:
    2021-04-04
  • 期刊:
    CHEMICAL COMMUNICATIONS
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    He, Shiliang;Liu, Mengmeng;Li, Qian
  • 通讯作者:
    Li, Qian
Dynamic regulation of DNA nanostructures by noncanonical nucleic acids
非经典核酸对 DNA 纳米结构的动态调控
  • DOI:
    10.1038/s41427-021-00309-9
  • 发表时间:
    2021-04-30
  • 期刊:
    NPG ASIA MATERIALS
  • 影响因子:
    9.7
  • 作者:
    He, Shiliang;Ge, Zhilei;Mao, Xiuhai
  • 通讯作者:
    Mao, Xiuhai

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其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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