Endogenous Protease-Activatable Nanosensor Based on PNA–Peptide–DNA Engineering for AND-Gated and Dual-Model Detection of MicroRNA in Single Living Tumor Cells

纳米传感器 内生 对偶(语法数字) 蛋白酶 DNA 生物物理学 小RNA 细胞生物学 材料科学 分子生物学 生物 生物化学 纳米技术 基因 艺术 文学类
作者
Xiaoxue Xi,Zhen Wu,Xun Zhang,Yuebin Li,Yuan‐Di Zhao,Wei Wen,Shengfu Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (18): 21917-21928 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acsami.3c02012
摘要

The in situ detection of low-content cancer biomarkers by an endogenous activator instead of an exogenous initiator in vitro remains a great challenge, leaving a gap in the development of a tumor-specific nanosensor with an endogenous protease-activatable manner. Herein, we proposed an endogenous protease-activatable nanosensor (PA-NS) guided by peptide nucleic acid-peptide-DNA copolymers to realize AND-gated and dual-model sensing of miRNA-21 (miR-21) by combining electrochemical detection with optical imaging in living tumor cells, without an additional introduction of an exogenous activator or nanomaterials. Moreover, the PA-NS can only be activated by "dual keys" (overexpressed miR-21 and cathepsin B protease in tumor cells) simultaneously, which enables effective improvement of the tumor-to-healthy cells ratio. The fluorescence intensity measured in single tumor cells was ∼3.5-fold higher than that in single healthy cells, and the electrochemical response decreased ∼30% in the presence of target miRNA. Furthermore, studies on regulation of the protease activity and miR-21 fluctuation under external stimulation have contributed to our understanding of the biological processes and drug screenings underlying disease development. This specific endogenous protease-mediated manner for dual-model detection of miRNA guarantees excellent tumor-selective capability, which offers new opportunities to study cell heterogeneity and provides more reliable fundamentals for the diagnosis and treatment of cancer down to the single-cell level.
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