本站讯 近日，中国海洋大学海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室/化学化工学院在活细胞多靶标核酸原位成像领域取得新进展。研究团队发展了一种变构正交CRISPR分子探针，实现了活细胞内低丰度内源性microRNA（miRNA）的高灵敏、多靶标原位荧光成像，并进一步实现了不同细胞亚型及病理组织的分子识别。相关成果以“Ultrasensitive endogenous miRNA imaging in live cells by an allosteric orthogonal CRISPR probe”（基于变构正交CRISPR探针的活细胞内源性miRNA超灵敏成像）为题，发表于国际化学领域重要学术期刊 Chemical Science（《化学科学》）。
生命活动本质上伴随着复杂而动态的分子信息变化。如何在不破坏细胞原有状态的条件下，对细胞内部关键核酸分子的表达进行原位、实时和多靶标可视化读取，是理解细胞状态、生命过程及疾病发生发展的重要技术基础。miRNA是调控基因表达和细胞命运的重要非编码RNA，其表达水平和组合模式与细胞类型、功能状态及多种病理过程密切相关。然而，受限于细胞内靶标丰度低、背景环境复杂及多靶标检测中的信号串扰，实现高灵敏度、低串扰的活细胞多通道分子成像仍面临挑战。
针对这一问题，研究团队提出了变构调控与正交催化相结合的CRISPR探针策略，将CRISPR-Cas12a的可编程核酸识别能力与DNAzyme独立催化机制集成于同一分子体系，使不同核酸靶标能够分别开启彼此独立的信号通路，从而实现多种细胞内分子信息的并行读取，并有效抑制背景信号和通道间串扰。进一步结合黑磷纳米材料的胞内递送能力，研究团队建立了从分子识别、信号放大到细胞内成像的一体化技术体系，实现了活细胞中内源性miRNA的双通道可视化，并根据不同miRNA表达模式成功区分不同乳腺细胞亚型，在复杂细胞体系及乳腺组织样本中进一步验证了该策略的有效性。
该工作的意义不仅在于实现疾病相关细胞亚型的识别，更在于建立了一种原位读取活细胞多重分子信息的新型技术框架。通过对核酸识别序列和信号模块进行可编程设计，该策略有望拓展至更多与细胞功能、生命过程及疾病发生相关的基因和转录靶点，实现对细胞内分子事件的原位、实时和多维度可视化，为细胞异质性、细胞命运与行为、发育与生理过程以及疾病发生机制研究提供新的技术手段。依托纳米生物光子学在精准递送、信号调控、光学成像与干预方面的交叉优势，该技术有望进一步拓展至海洋生命科学、基础生物学和医学诊疗等领域，为生命过程解析和疾病早期诊断与精准治疗提供新的技术支撑。
该研究由中国海洋大学联合韩国高丽大学、中国科学院新疆理化技术研究所等单位合作完成。中国海洋大学化学化工学院博士研究生张晓悦为论文第一作者，中国海洋大学仇萌教授、韩国高丽大学Jong Seung Kim教授、中国科学院理化技术研究所陈挚研究员为论文共同通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金和中央高校基本科研业务费等项目支持。
文/图：张晓悦
文章链接：https://doi.org/10.1039/d6sc07431f
编辑：张晶晶
责任编辑：刘莅
