一种无需扩增的基于CRISPR/Cas13a的电化学生物传感器，利用RNA-3Ag?探针在金多孔晶格纳米电极上检测循环肿瘤RNA

《Journal of Biological Engineering》：Amplification-free CRISPR/Cas13a-based electrochemical biosensor for the detection of circulating tumor RNA using RNA-3Ag? probes on Au porous-lattice nanoelectrode

循环肿瘤RNA（ctRNA）作为早期癌症诊断敏感标志物，但其快速高灵敏度检测技术尚未突破。本研究首次开发CRISPR/Cas13a系统与银离子介导RNA探针结合的Au多孔晶格纳米电极（APLNE）电化学传感器，通过Ag?-C链式复合物形成强信号探针，经CRISPR切割后信号锐减，实现KRAS G12D ctRNA检测限0.5 fM，20分钟完成检测，兼具环保性和临床应用潜力。

　　

摘要

循环肿瘤RNA（ctRNA）是早期癌症诊断的敏感生物标志物，能够提供实时的基因表达谱以及循环肿瘤DNA所无法检测到的肿瘤特异性特征。尽管其具有巨大潜力，但目前仍尚未开发出简单、快速且灵敏的ctRNA检测传感器。我们首次提出了一种无需扩增的电化学生物传感器，通过将CRISPR/Cas13a系统与银离子（Ag?）介导的RNA探针和金多孔晶格纳米电极（APLNE）结合来实现ctRNA的检测。实验中使用了含有三个胞嘧啶-胞嘧啶（C–C）错配的RNA双链作为信号探针，这种结构允许银离子（Ag?）特异性地插入并形成稳定的C–Ag?–C配位复合物（RNA-3Ag?），从而产生强烈的氧化还原信号。为了进一步提升性能，采用了具有高度有序多孔结构的APLNE来增加有效表面积，从而改善探针的固定效果和电化学信号。当目标分子被识别后，CRISPR/Cas13a系统会切割RNA-3Ag?探针，导致信号显著减弱。该生物传感器能够以超高灵敏度（检测限LOD = 0.5 fM）在20分钟内检测到KRAS G12D ctRNA（一种关键的胰腺癌突变），并在复杂的生物样本中表现出优异的特异性。由于该传感器无需核酸扩增或使用有毒的氧化还原试剂，因此这种简单、经济且环保的平台在基于液体活检的癌症诊断和即时癌症筛查方面具有巨大潜力。

图形摘要