纸基变构响应型三维传感界面的构建及其p53/MDM2相互作用抑制剂研究应用

The small molecule inhibitors targeting protein–protein interactions (PPIs) have become a hotspot of new drugs. The conventional detection methods suffer from high cost, dependence on the fluorescence or antibody labeling and susceptible to matrix interference. Herein, we designed a three-dimensional (3D) nanoprobe which is conformational-change responsive inspired by the 3D rigid architecture of DNA tetrahedron. Integrated with an origami paper-based device, we developed a novel biosensing platform for the study of small molecule inhibitors targeting the PPI between p53 and murine double minute 2 protein (MDM2). By incorporation of the functional group within the rigid tetrahedron cage, the nanoprobe designed can yield electrochemical response once it has conformational change triggered by the target. An interface with uniform orientation and tolerance of matrix interference can be generated by self-assembling of the nanoprobe on the working area of 3D paper device. And we can control the reaction process with programmed folding. Also, we will make efforts to investigate the related scientific issues such as oriented assembly, dynamic characteristics of biomolecular probes on the paper device and the effect of relative dimensions of tetrahedron and nanoceria to the conformational-change response. The successful implementation of this project will pave a simple, portable, and cost-effective way for the study of PPI inhibitors.

靶向蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）的小分子抑制剂研究已成为新药研发的重点领域之一，现有检测方法存在成本高、需要荧光或抗体标记以及易受基质干扰等缺点。本项目拟利用3D折纸芯片技术，结合DNA四面体的三维刚性结构，设计变构响应型传感界面，构建纸基PPI抑制剂研究平台，对靶向p53与鼠双微粒体（MDM2）相互作用的抑制剂进行生物活性评价，进而研究其细胞水平作用机制。本项目创新性的利用四面体三维刚性结构进行功能基团的立体保护，通过三维构象的变化实现对目标物质的响应，不但提高了探针用于复杂基质检测时的稳定性，还实现了传感界面的空间调控。结合3D折纸芯片的有序折叠和修饰，可对反应进程实时控制。同时，本项目还将对纳米探针在纸芯片上的有效组装，探针与纳米粒子的相对尺寸对变构响应的影响以及纸基上生物分子识别动力学特性等科学问题进行深入研究。本项目有望为PPI抑制剂研究提供更加便捷经济的分析平台和科学思路。

生物体内蛋白质相互作用在生命过程中起着至关重要的作用，其中p53与其负性调节蛋白MDM2之间的相互作用与众多肿瘤发生、发展密切相关。针对现有蛋白质相互作用检测方法成本高、需要荧光或抗体标记以及易受基质干扰等缺点，我们以DNA纳米结构的设计和组装为基础，构建了新型蛋白质相互作用检测平台，并实现了专属抑制剂的活性评价。在此基础上，深入研究框架核酸的精准构建与位点特异性修饰功能，探讨了框架结构介导下的三维空间取向性和纸基平台上的分子识别与捕获等问题，通过结合G-四链体和蛋白质适配体等功能片段，开发了基于DNA纳米结构的特异性检测体系，进行了细胞内相关物质检测。并通过与具备特殊形貌和活性的无机纳米材料相结合构建高灵敏传感平台，对多类型的疾病和肿瘤标志物以及病毒遗传物质进行了分析测定，进而用在了实际生物样品和临床生化样品检测中。此外，利用DNA结构对细胞特殊微环境响应能力，结合光热性能纳米材料，设计了近红外响应释放型智能递药系统，在肿瘤的协同治疗中取得了显著效果。所建立的新方法和新技术有效丰富了DNA纳米材料生物医学中的研究应用，可为药物活性评价，疾病的早期诊断和治疗以及病毒感染防控等领域研究提供有效的技术支持。

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