Advanced Functional Materials: 基于纳米海胆硅的活细胞内mRNAs扩增及原位成像

活细胞内mRNA的原位检测,能够为化学和生物学研究提供重要的实验依据。基于纳米技术在生物检测中的优势,若能够建立将核酸试剂传递到活细胞内的有效方法,以实现对基因和蛋白质表达的灵敏检测和调节,将具有重要的应用前景。然而,由于空间效应和负载物间的相互干扰,纳米结构的负载能力和核酸试剂的反应活性受到很大的限制。因此,合成一种具有独特结构的纳米材料,高效、稳定地将核酸试剂带入活细胞内,并能保持其在细胞内的高活性以进行扩增反应,将对细胞内mRNA的准确检测起到非常重要的作用。

近期,北京师范大学那娜教授课题组,合成了一种环境友好的纳米海胆硅(SNUs),并将其用于核酸扩增试剂的活细胞内转运及细胞内扩增,对mRNA进行细胞内原位成像检测。该SNUs的核是以SiO2为主要基体的介孔硅球,基于酰胺键的建立及自组装过程,在介孔纳米硅球表面及孔内部进行酶与核酸的功能化修饰,合成了功能化纳米海胆硅。结合计算和实验结果,证实在SNUs结构中,核酸是以刺状结构的形式立足于被酶修饰的硅球表面,大大降低了核酸试剂间的空间位阻,在保持其较高负载能力的基础上,维持了试剂的高活性;其刺状结构也不会影响内核部分酶的催化作用,保证了其进入活细胞后扩增反应的顺利进行。论文进一步建立了基于SNUs的活细胞内核酸扩增方法,实现了活细胞中的“一步HDA反应”,对活细胞内mRNA进行原位检测。研究者通过生物电镜跟踪了该纳米粒子,发现其确实进入细胞并主要占据细胞质部分。在细胞成像研究中,以肿瘤细胞内Survivin-mRNA的检测为例,监测了A549细胞内的Survivin-mRNA含量,通过与常规RT-HDA方法对比,该方法具有更高的灵敏度。

研究者相信,该体系可以对其他复杂的活组织或生物体中的生物标志物进行超灵敏成像,也能为探索细胞过程中mRNA的生物学特性提供灵敏有效的工具。相关论文发表在Advanced Functional Materials(https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201803286)上。

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