磁珠负载的DNA三维探针及其在数字PCR循环肿瘤DNA检测中的应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21775104
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0402.电分析化学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Circulating tumor DNA (ctDNA), resulting from tumor cell apoptosis and/or necrosis, carries cancer-related gene information and is considered as an important biomarker for the development of “liquid biopsy”. The sensitive analysis of ctDNA still remains challenging because the level of ctDNA is usually very low, and also, it is very unstable for the biological degradation. Digital PCR (dPCR), based on high-throughput and single-molecule PCR amplification, is showing great potential in ctDNA analysis, however, the sensitivity of dPCR is still limited by the specificity of ctDNA enrichment and the PCR amplification efficiency of single DNA fragment. In this work, in order to develop a high-sensitivity and high-specificity ctDNA analysis strategy for the quantitative and qualitative analysis of ctDNA for different cancer samples, we will firstly design and construct a novel multi-dimension DNA probe for specifically capture of ctDNA, using DNA origami technology, and then, we will research its self-assembly on magnetic nano-beads (MNB), and the following application in dPCR analysis based on the successful PCR amplification on the surface of single MNB. Our research will be focused on two parts: firstly, we will research the construction of 3-D DNA probe and the self-assembly on the surface of MNB, to overcome the key problem of the optimization of DNA interfacial configuration, and thus promote the specificity and hybridization efficiency; Secondly, we will study the sample dispersion in dPCR systems under the assistance of MNB, and also the following PCR amplification on the surface of MNB, to develop a theoretical model of PCR on the surface of single MNB, overcoming the key challenge of the PCR amplification of single DNA molecule in a very confined space. The result of our project will hopefully provide reliable analysis methods for the application of ctDNA in cancer diagnosis, treatment and personalized medicine, moreover, we will provide valuable experimental and technical basis for the research of cancer.
循环肿瘤DNA(ctDNA)是来自肿瘤细胞基因组的DNA片段,携带癌症相关特征基因,是“液体活检”的重要发展方向,其含量低、易降解,给检测方法提出挑战,数字PCR基于高通量单分子扩增实现核酸定量,在ctDNA检测方面具有巨大潜力,但ctDNA特异性捕获及单分子扩增效率等问题,仍限制dPCR灵敏度的提高。本项目主要目标是利用DNA折纸技术,设计磁珠负载DNA三维探针,并与dPCR技术结合,实现磁珠表面DNA的PCR单分子扩增,构建高特异性和高灵敏度的ctDNA检测方法,用于多种癌症样品分析。重点研究三维DNA探针构建以及纳米磁珠自组装,解决磁珠表面分子探针构型和数量调控问题;研究微单元样品分散和PCR扩增过程,建立纳米磁珠辅助的PCR扩增理论模型,解决微单元中单分子有效扩增难题。为ctDNA在癌症诊疗和个性化用药方面的应用,提供可靠的分析方法,为癌症的研究提供有力的实验基础和技术依据。

结项摘要

设计不同的二维DNA纳米探针结构,来提高纳米传感界面上的化学稳定性和生物相容性。利用二维DNA纳米结构构建多元、协同的纳米传感界面,并通过调控纳米界面来实现目标DNA分子的高特异性捕获与识别,本文构建了三种电化学DNA生物传感器.多嵌段DNA探针由于开发了多靶点生物传感器和提高了其与目标杂交的特异性/灵敏性而引起了广泛的科学关注。但是多嵌段DNA探针的开发,高度依赖有机连接基团或纳米材料的有机化学合成,因此,限制了它们与目标结合的生物相容性和实用性。在这项工作中,我们开发了基于三嵌段DNA捕获探针的无标记组装策略,该探针是由两个DNA探针与其固有的多腺嘌呤连接起来构成(探针-PolyA-探针,PAP)。中间的polyA片段与金电极表面有很好的结合作用,这使得我们的生物传感器具有极好的重现性、稳定性和再生性。.低浓度水平基因的准确可靠检测是精准医疗面临的一个重要挑战,低浓度水平DNA标准物质是基因检测过程量值溯源的重要途径,可以有效保障检测结果的可靠性。该工作对低浓度水平的短链基因标准物质的定值方法进行了研究,选取TP53基因的一段300 bp长度的序列作为标准物质的目标序列,优化引物探针设计,通过考察PCR扩增的效率可以达到98.6%, 还对数字PCR方法定值的准确性、重复性和重现性进行了研究,最后采用数字PCR方法多家单位联合定值的方法确定了标准物质的终浓度为(620±9.18) copies /µL (k=2), 实现了对低浓度水平短链DNA标准物质的定值。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Sensitive and label-free electrochemical lead ion biosensor based on a DNAzyme triggered G-quadruplex/hemin conformation
基于 DNAzyme 触发的 G-四联体/氯化血红素构象的灵敏且无标记的电化学铅离子生物传感器
  • DOI:
    10.1016/j.bios.2018.04.054
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Biosensors and Bioelectronics
  • 影响因子:
    12.6
  • 作者:
    Wang LeLe;Wen Yanli;Li Lanying;Yang Xue;Li Wen;Meng Jiaoran;Duan Manlei;Sun Xiaoguang;Liu Gang;Yang Xue;Jia Nengqin;Liu G
  • 通讯作者:
    Liu G
Ultrasensitive Electrochemical Biosensor of Bacterial 165 rRNA Gene Based on polyA DNA Probes
基于polyA DNA探针的细菌165 rRNA基因超灵敏电化学生物传感器
  • DOI:
    10.1021/acs.analchem.9b02175
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Analytical Chemistry
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Wang Qian;Wen Yanli;Li Yan;Liang Wen;Li Wen;Li Yuan;Wu Jiahuan;Zhu Huichen;Zhao Keke;Zhang Jun;Jia Nengqin;Deng Wangping;Liu Gang
  • 通讯作者:
    Liu Gang
PCR-Free Colorimetric DNA Hybridization Detection Using a 3D DNA Nanostructured Reporter Probe
使用 3D DNA 纳米结构报告探针进行无 PCR 比色 DNA 杂交检测
  • DOI:
    10.1021/acsami.7b11994
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Yang Xue;Wen Yanli;Wang Lele;Zhou Chaoqun;Li Qian;Xu Li;Li Lanying;Shi Jiye;Lal Ratnesh;Ren Shuzhen;Li Jiang;Jia Nengqin;Liu Gang
  • 通讯作者:
    Liu Gang
DNA Framework-Mediated Electrochemical Biosensing Platform for Amplification-Free MicroRNA Analysis
DNA 框架介导的电化学生物传感平台,用于无扩增 MicroRNA 分析
  • DOI:
    10.1021/acs.analchem.9b05616
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Analytical Chemistry
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Wen Yanli;Li Lanying;Li Jiang;Lin Meihua;Liu Gang;Liang Wen;Xu Li;Li Yan;Zuo Xiaolei;Ren Suzhen;Zhu Ying
  • 通讯作者:
    Zhu Ying
Bacterial Analysis Using an Electrochemical DNA Biosensor with Poly-Adenine-Mediated DNA Self-Assembly
使用具有聚腺嘌呤介导的 DNA 自组装的电化学 DNA 生物传感器进行细菌分析
  • DOI:
    10.1021/acsami.7b17327
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Li Lanying;Wang Lele;Xu Qin;Xu Li;Liang Wen;Li Yan;Ding Min;Aldalbahi Ali;Ge Zhilei;Wang Lihua;Yan Juan;Lu Na;Li Jiang;Wen Yanli;Liu Gang
  • 通讯作者:
    Liu Gang

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其他文献

小麦悬浮细胞应答激发子刺激的过敏性反应中Ca2+和 NO的动态变化及其相互作用
  • DOI:
    10.3724/sp.j.1259.2015.00001
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
    乔妹;陈琰;侯春燕;刘刚;孙嘉炜;韩胜芳;王冬梅
  • 通讯作者:
    王冬梅
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双偏振微芯片 Nd:YAG 激光器中的自混合干涉
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    费方刚
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
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  • 作者:
    冷璐;刘刚;黎明
  • 通讯作者:
    黎明
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    王鹏;刘刚
  • 通讯作者:
    刘刚
肠道准备对经皮横向骶髂关节螺钉固定的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国矫形外科杂志
  • 影响因子:
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  • 作者:
    张小丽;张元智(通讯作者);高丽;刘刚;莫伟鹏;路全立
  • 通讯作者:
    路全立

其他文献

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刘刚的其他基金

基于纳米电极表面离子开关与电化学催化协同效应的miRNA检测方法研究
  • 批准号:
    21205079
  • 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

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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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