基于金刚石纳米阵列的小分子核糖核酸检测技术及其在高通量原位分析神经细胞异质性的应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81871452
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    57.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H2803.生物医学传感
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Intracellular miRNAs play critical roles in many physiologic and pathogenic activities. It has been reported that miRNAs are closed related to complex brain function and many neurodegenerative diseases. In this project, we aim to develop a highly sensitive non-PCR technique for fast, cheap, in-situ isolation and analysis of intracellular miRNAs from live cells. This technique is based on a “molecular fishing” system, which utilizes an array of diamond nanoneedles as minimum-invasive sensing units to access the intracellular space without hurting the cells. The interfacing between live cells and the diamond nanostructure will be delicately controlled by a centrifugation process, which enables large-scale delivery of probe molecules into live cells and also isolation of biomarkers out of them. Specifically in our implementation, upon a poke of cell membrane by the diamond nanoneedles, the specially designed probes (complimentary DNA for specific miRNAs) will be delivered into cytoplasm for binding with target miRNAs, and subsequently be captured by a general miRNA-binding-protein that has been crosslinked to the nanoneedle surface. The retrieval of the nanoneedle array would effectively perform the miRNA isolation. And then, a simple isothermal amplification procedure that is based on hybridization chain reaction(HCR)will be applied to the nanoneedle complexes (nanoneedles attached with protein-miRNA) for signal amplification to significantly boost the detection sensitivity to the level comparable to qRT-PCR analysis. In combination with machine learning and bioinformatics approaches, we will use this technique to analyze the cellular heterogeneity of neural stem cell different ion based on miRNA profiling, and also to study the change of miRNA expression spectrum in the hippocampal tissues, when animal brain undergoes memory, learning, injury and regeneration activities.
小分子核糖核酸(miRNA)在许多生理和病理活动中都起着非常重要的作用。研究表明,miRNA与多种神经退化疾病、神经异质性及复杂大脑功能有密切联系。但是,快速、高通量、多通道的在体分析miRNA的技术手段仍然十分有限。本项目拟研发一项基于金刚石纳米结构阵列的,以非PCR的原理,从活体细胞和组织内分离检测miRNA的方法。该方法利用精确可控的微创手段将基于金刚石的纳米结构和特异的核酸分子探针导入细胞内部,通过铰链在纳米结构表面的广谱miRNA结合蛋白实现快速且特异的从细胞质内分离一系列目标miRNA的目的,并进一步利用恒温链式杂交反应进扩增分离的miRNA分子以极大的提高其分析的灵敏度。利用该方法,结合人工智能和生物信息技术,我们将对神经干细胞的分化过程中产生的不同细胞miRNA表达谱的异质性及大脑海马区域神经组织在学习、记忆、创伤及修复等活动中的miRNA的表达谱变化做深入细致的研究。

结项摘要

小分子核糖核酸(miRNA)在许多生理和病理活动中都起着非常重要的作用。研究表明,m iRNA与多种神经退化疾病、神经异质性及复杂大脑功能有密切联系。但是,快速、高通量、多通道的在体分析miRNA的技术手段仍然十分有限。本项目研发一项基于金刚石纳米结构阵列的,以非PCR的原理,从活体细胞和组织内分离检测miRNA的方法。该方法利用精确可控的微创手段将基于金刚石的纳米结构和特异的核酸分子探针导入细胞内部,通过铰链在纳米结构表面的广谱miRNA结合蛋白实现快速且特异的从细胞质内分离一系列目标miRNA的目的,并进一步利用恒温链式杂交反应进扩增分离的miRNA分子以极大的提高其分析的灵敏度。利用该方法,结合人工智能和生物信息技术,我们对神经干细胞的分化过程中产生的不同细胞类型的miRNA表达谱的异质性进行了深入研究,并在健康和神经分裂症小鼠模型中研究大脑海马区域神经组织在学习、记忆等活动中的miRNA的表达谱演化,探究相关时间和空间上的异质性关联。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Self-Healing Electronics for Prognostic Monitoring of Methylated Circulating Tumor DNAs
用于甲基化循环肿瘤 DNA 预后监测的自愈电子器件
  • DOI:
    10.1002/adma.202207282
  • 发表时间:
    2022-12-16
  • 期刊:
    ADVANCED MATERIALS
  • 影响因子:
    29.4
  • 作者:
    Fang, Peilin;Ji, Xianglin;Shi, Peng
  • 通讯作者:
    Shi, Peng
Biohybrid Triboelectric Nanogenerator for Label-Free Pharmacological Fingerprinting in Cardiomyocytes
用于心肌细胞无标记药理学指纹图谱的生物混合摩擦纳米发电机
  • DOI:
    10.1021/acs.nanolett.0c01584
  • 发表时间:
    2020-05-13
  • 期刊:
    NANO LETTERS
  • 影响因子:
    10.8
  • 作者:
    Ji, Xianglin;Fang, Peilin;Shi, Peng
  • 通讯作者:
    Shi, Peng
High-Efficiency Cellular Reprogramming by Nanoscale Puncturing
通过纳米级穿刺进行高效细胞重编程
  • DOI:
    10.1021/acs.nanolett.0c01979
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Nano Letters
  • 影响因子:
    10.8
  • 作者:
    Wang Yuan;Wang Zixun;Xie Kai;Zhao Xi;Jiang Xuezhen;Chen Bing;Han Ying;Lu Yang;Huang Linfeng;Zhang Wenjun;Yang Yang;Shi Peng
  • 通讯作者:
    Shi Peng
Organic electrochemical transistor arrays for real-time mapping of evoked neurotransmitter release in vivo
用于实时绘制体内诱发神经递质释放的有机电化学晶体管阵列
  • DOI:
    10.7554/elife.50345
  • 发表时间:
    2020-02
  • 期刊:
    eLife
  • 影响因子:
    7.7
  • 作者:
    Kai Xie;Naixiang Wang;Xudong Lin;Zixun Wang;Xi Zhao;Peiling Fang;Haibing Yue;Junhwi Kim;Jing Luo;Shaoyang Cui;Feng Yan;Peng Shi
  • 通讯作者:
    Peng Shi
High-throughput intracellular biopsy of microRNAs for dissecting the temporal dynamics of cellular heterogeneity
microRNA 的高通量细胞内活检,用于剖析细胞异质性的时间动态
  • DOI:
    10.1126/sciadv.aba4971
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Science Advances
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Wang Zixun;Qi Lin;Yang Yang;Lu Mingxing;Xie Kai;Zhao Xi;Cheung Elvis Hung Chi;Wang Yuan;Jiang Xuezhen;Zhang Wenjun;Huang Linfeng;Wang Xin;Shi Peng
  • 通讯作者:
    Shi Peng

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其他文献

The influence of Ar+ sputtering on the hydriding behavior of uranium
Ar溅射对铀氢化行为的影响
  • DOI:
    10.1016/j.jnucmat.2017.07.017
  • 发表时间:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    汪小琳
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姚春德;窦站成;陈超;孟庆华;史鹏
  • 通讯作者:
    史鹏
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    史鹏;马丽珍;顾永建;张闻钊
  • 通讯作者:
    张闻钊
Electrodepositing aluminum coating on uranium from aluminum chloride-1-ethyl-3-methylimidazolium chloride ionic liquid
氯化铝-1-乙基-3-甲基咪唑氯化物离子液体在铀上电沉积铝涂层
  • DOI:
    10.1016/j.surfcoat.2016.10.049
  • 发表时间:
    2017-01
  • 期刊:
    Surface and coatings technology
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    江奕东;丁晶晶;罗丽珠;史鹏;汪小琳
  • 通讯作者:
    汪小琳
Mechanism of surface uranium hydride formation during corrosion of uranium
铀腐蚀过程中表面氢化铀形成机制
  • DOI:
    10.1038/s41529-019-0073-6
  • 发表时间:
    2019-02
  • 期刊:
    npj Materials degradation
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    纪和菲;吴昊曦;潘启发;蔡定洲;孟宪东;陈向林;史鹏;汪小琳
  • 通讯作者:
    汪小琳

其他文献

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史鹏的其他基金

基于共培养微阵列的神经突触功能的检测芯片及其在高通量筛选的应用
  • 批准号:
    81201164
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    23.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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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

        graph TD
          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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