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ナノ構造化-共感覚的な塩基積層効果。改良された汎用性の高いサンドイッチセンサーは、血中マイクロRNAの超高感度検出を可能にします
Nanostructuring-Synergetic Base-Stacking Effect: An Enhanced Versatile Sandwich Sensor Enables Ultrasensitive Detection of MicroRNAs in Blood.
PMID: 32664724 DOI: 10.1021/acssensors.0c00772.
抄録
MiRNAを用いた非侵襲的診断法は、一般的な方法では循環中のmiRNAの定量化が困難であることが課題となっています。ここでは、ベーススタッキング効果を媒介とした超高感度電気化学的miRNAセンサー(BSee-miR)を提案します。BSee-miRでは、金電極表面に自己組織化した短いDNAプローブ（10ヌクレオチド）が、同軸サンドイッチ型ベーススタッキングに基づいて他の配列と相乗効果を発揮し、完全相補的な強度に匹敵する標的miRNAを効果的に捕捉することができた。重要なことは、このようなサンドイッチ構造は、短い配列検出では通常困難な信号増幅戦略（ビオチンアビジンなど）を組み込むことができる柔軟性があることです。この設計を用いることで、BSee-miRは7.5 fMまでの検出限界を持つ広いダイナミックレンジを実現しています。さらに、高曲率ナノ構造とシナジェティックベーススタッキング効果により、BSee-miRの感度を2桁(79.3 aM)向上させることができました。また、私たちのBSee-miRは、相同性の高いmiRNAを識別するための単一塩基分解能を持っています。さらに重要なことは、このアプローチは普遍的であり、配列や二次構造の異なる標的miRNAのプローブに使用されてきたことです。今回開発した超高感度センサーは、細胞溶解液や血液中のmiRNAを検出し、がん患者と健常者を区別することが可能であり、腫瘍診断のための臨床的に重要なmiRNAを測定するための汎用的なツールとして期待されている。
MiRNAs-based noninvasive diagnostics are hampered by the challenge in the quantification of circulating miRNAs using a general strategy. Here, we present a base-stacking effect-mediated ultrasensitive electrochemical miRNA sensor (BSee-miR) with a universal sandwich configuration. In BSee-miR, a short DNA probe (10 nucleotides) self-assembled on gold electrode surface could effectively capture the target miRNA synergizing with another sequence based on coaxial sandwich base-stacking, which rivals the fully complementary strength. Importantly, such a sandwich structure is flexible to incorporate signal amplification strategies (e.g., biotin-avidin) that are usually difficult to achieve in short sequence detection. Using this design, BSee-miR achieves a broad dynamic range with a detection limit down to 7.5 fM. Further, we found a high-curvature nanostructuring-synergetic base-stacking effect that could improve the sensitivity of BSee-miR by two orders of magnitude (79.3 aM). Our BSee-miR also has a single-base resolution to discriminate the highly homologous miRNAs. More importantly, this approach is universal and has been used to probe target miRNAs varying in sequences and secondary structures. Our ultrasensitive sensor could detect miRNA in cell lysates and human blood, and distinguish cancer patients from normal individuals, promising a versatile tool to measure clinically relevant miRNAs for tumor diagnostics.