[發(fā)明專利]一種基于場效應(yīng)晶體管的核酸微損傷檢測(cè)方法和生物傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010159207.9
• 申請(qǐng)日: 2020-03-09
• 公開（公告）號(hào): CN113376238B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 狄重安;王娟;葉德楷;申弘光;朱道本
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院化學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01N27/414
• 分類號(hào): G01N27/414
• 代理公司: 北京知元同創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11535
• 代理人: 黃越;呂少楠

本發(fā)明公開了一種基于場效應(yīng)晶體管的核酸微損傷檢測(cè)方法和生物傳感器。將存儲(chǔ)有溶液的儲(chǔ)液池固定在負(fù)載有核酸分子的場效應(yīng)晶體管上，檢測(cè)時(shí)加入能夠損傷核酸的物質(zhì)，使其與場效應(yīng)晶體管中的核酸分子相作用，引發(fā)核酸分子構(gòu)型發(fā)生變化，進(jìn)而引起場效應(yīng)晶體管的電流變化。本發(fā)明可高靈敏地檢測(cè)由藥物分子引起的DNA微損傷，是一種快速廉價(jià)的DNA損傷檢測(cè)方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物電子以及多功能傳感領(lǐng)域，具體涉及一種基于場效應(yīng)晶體管的核酸微損傷檢測(cè)方法和生物傳感器。

背景技術(shù)

內(nèi)源性代謝物、環(huán)境中的致癌物質(zhì)以及具有基因毒性的化療藥物等都會(huì)攻擊DNA，從而造成損傷。這些DNA損傷會(huì)導(dǎo)致基因突變和染色體損傷，進(jìn)而可能使生命體發(fā)生癌變和腫瘤增生。然而，為了限制基因的不穩(wěn)定性，在生命體細(xì)胞內(nèi)存在DNA損傷響應(yīng)途徑和修復(fù)蛋白，以清除和減輕DNA損傷。未修復(fù)的DNA損傷可能成為促進(jìn)細(xì)胞消亡的途徑，如細(xì)胞凋亡和壞死，這些途徑也被認(rèn)為是抑制腫瘤的有效途徑。通過研究細(xì)胞如何通過細(xì)胞死亡取代DNA修復(fù)，科研人員利用基因毒性化療藥物對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷作用來治療癌癥。然而，化療藥物并不具備特異性識(shí)別癌細(xì)胞的作用，在殺死癌細(xì)胞的同時(shí)，會(huì)通過體內(nèi)循環(huán)擴(kuò)散到生命體的正常細(xì)胞內(nèi)，對(duì)正常細(xì)胞造成損傷，在造成正常細(xì)胞死亡的同時(shí)，也會(huì)存在微量的DNA損傷潛伏在細(xì)胞內(nèi)，長時(shí)間的累積下，會(huì)誘發(fā)基因突變，增加二次患癌的風(fēng)險(xiǎn)。例如，研究人員利用全基因組測(cè)序方法，分析了放化療抗癌療法對(duì)轉(zhuǎn)移腫瘤的影響，找到了放化療治療方式在細(xì)胞DNA上留下的突變特征，還發(fā)現(xiàn)鉑類等常用化療藥物會(huì)大幅加快DNA突變頻率，最高能達(dá)到自然突變頻率的100倍，甚至是1000倍。他們發(fā)現(xiàn)雖然這些藥物在大部分時(shí)候會(huì)殺死癌細(xì)胞或者正常細(xì)胞，也會(huì)損傷部分細(xì)胞，轉(zhuǎn)化成突變?；熕幬飼?huì)導(dǎo)致癌細(xì)胞和健康細(xì)胞出現(xiàn)基因突變(Pich?O,et?al.Nat.Gene.,2019,51,1732-1740.)。多項(xiàng)研究表明，化療引起的DNA突變，是治療之后給患者造成長期不良影響的因素之一(Alexandrov?L?B,et?al.Nature,2013,500,415-421；Kucab?J?E,et?al.Cell,2019,177,821-836.)。因此，能夠在體外高靈敏的檢測(cè)DNA的微損傷，對(duì)物質(zhì)生物安全性評(píng)估、癌癥早期預(yù)警、藥物篩選等都具有非常重要的科學(xué)意義。

目前，體外DNA損傷的檢測(cè)方法有很多種，例如文獻(xiàn)(Shu,X.,etal.Angew.Chem.Int.Ed?Engl.2016,55,14246-14249)以及文獻(xiàn)(Wu,J.J.Am.Chem.Soc.2018,140,9783-9787)均需要利用全基因組方法，并且需要體內(nèi)蛋白酶的輔助，檢測(cè)方法復(fù)雜。又如文獻(xiàn)(Zirkin,S.,et?al.J.Am.Chem.Soc.2014,136,7771-7776)利用熒光成像方法，而且需要DNA損傷密度較高才能夠檢測(cè)到，因此需要的檢測(cè)儀器復(fù)雜、不方便、且方法靈敏度低。再如，中科院物理研究所王鵬業(yè)研究員利用原子力顯微鏡(AFM)和磁鑷研究了抗癌藥物順鉑對(duì)單個(gè)DNA分子結(jié)構(gòu)的影響；在順鉑濃度為77μM和770μM條件下研究了順鉑對(duì)DNA的影響?；贏FM成像和單分子拉伸兩方面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出一個(gè)順鉑導(dǎo)致的DNA變軟-成環(huán)-縮短-凝聚模型來解釋觀察到的DNA凝聚過程(Hou?X?M,etal.Nucleic?Acids?Research,2009,37,1400-1410.)。然而這些方法需要高劑量的損傷劑和高富集的核酸才能保證信號(hào)放大程度，這使得它們不適合在體內(nèi)檢測(cè)濃度為pM量級(jí)(Gietema,J.A.,et?al.Lancet?2000,355,1075-1076.)的超低劑量藥物的低發(fā)生率DNA損傷，因此亟待發(fā)展能夠檢測(cè)到pM量級(jí)致基因損傷藥物(如順鉑)對(duì)DNA的損傷的高靈敏方法。