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《自然》子课题:李乐乐团队实现体内炎症相关mRNA实时动态成像和早期诊断

来源:生物世界2022-09-07 09336042

该研究为炎症相关RNA的高灵敏成像提供了新方法,有望应用于炎症相关疾病的早期诊断和治疗过程的实时评估。

炎症被认为是许多疾病的关键因素,包括缺血性中风、扩张性心肌病和癌症。因此,对炎症过程的准确监测在早期和疾病干预中具有重要价值。

传统的诊断方法包括血液生物标志物检测、组织活检和尿液分析,但这些通常只是单时间点的检测,不能用于炎症过程的实时动态监测。由于其非侵入性和实时的优点,分子成像为监测炎症的发生和发展提供了潜在的方法。

最近的一些研究表明,RNA可以通过改变其表达和位置来调节炎症的发生、发展和消退,是炎症过程中的关键调节因子。因此,RNA可以用作炎症诊断的生物标记,但是还没有证实RNA可以用作炎症的体内光学成像的生物标记。

2022年9月1日,国家纳米科学中心李乐乐研究组发表了一篇研究论文,题为:通过分子信标中的酶荧光放大对炎症相关mRNA进行空间分辨的体内成像[1]。

构建了基于酶触发分子信标的炎症细胞特异性信号放大方法,通过空间选择性放大炎症相关RNA成像信号,实现炎症的实时动态成像和早期诊断。

在过去的二十年里,科学家们发展了一系列灵敏的RNA检测技术,包括荧光原位杂交(FISH)、原位测序等方法,可以提供单细胞甚至亚细胞分辨率的RNA检测。

但是,在进行RNA成像时,需要放大RNA信号,但这些方法通常需要预先固定和穿透细胞。此外,这些信号放大方法通常缺乏空间分辨率和细胞选择性,这限制了它们在体内成像中的实际应用。

分子信标(MB)为RNA分析提供了一种直接且广泛适用的工具。MB辅助信号放大可以提高RNA检测的灵敏度,但只适用于试管中的检测,尚未应用于活体动物的RNA成像。

2019年3月,李乐乐的研究小组在JACS发表了一篇论文[2]。通过构建光敏分子信标,结合转换发光技术,实现了时间和空间可控的活细胞RNA成像。

但在这种方法中,一个分子信标只能识别一个目标RNA,因此信号输出不足,检测灵敏度不高。此外,光有限的组织穿透深度也限制了其在活体中的应用。因此,用于体内RNA成像的空间选择性信号放大仍然是一个巨大的挑战。

在这项最新研究中,李乐乐的团队在前人研究的基础上设计并开发了一种由人类脱嘌呤/脱嘧啶核酸内切酶1(APE1)触发的分子信标(MB)探针E-MBP,可用于体内RNA的特异性扩增成像,从而直接评估炎症。E-MBP需要两个相关的输入(APE1和mRNA)来产生放大的信号,因此它可以提高空间选择性并区分炎症组织和健康组织。

APE1是一种多功能酶,可以通过去除嘌呤/嘧啶位点来修复DNA损伤。该方法的信号放大机制是APE1选择性切割分子信标的靶RNA依赖性炎症细胞,可特异性倍增炎症细胞中的响应信号,从而实现炎症相关mRNA的高信噪比成像。

接下来,研究小组选择了重要的炎症生物标志物IL-6的mRNA作为靶标,在活体动物中验证E-MBP的敏感性和组织特异性,并通过聚合物纳米载体将E-MBP递送到细胞中。利用该方法,研究团队成功实现了活体小鼠爪部急性炎症和肝脏药物引起炎症的原位检测和早期诊断。

总的来说,该研究为炎症相关RNA的高灵敏成像提供了一种新方法,有望应用于炎症相关疾病的早期诊断和治疗过程的实时评估。

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