Simulation‐Assisted Localized DNA Logical Circuits for Cancer Biomarkers Detection and Imaging

纳米技术 DNA 癌症检测 材料科学 计算机科学 癌症 计算生物学 化学 医学 生物 内科学 生物化学
作者
Qiaoni Kou,Lei Wang,Linghao Zhang,Liang Ma,Shengnan Fu,Xin Su
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (49) 被引量:39
标识
DOI:10.1002/smll.202205191
摘要

Abstract DNA‐based nanodevices equipped with localized modules have been promising probes for biomarker detection. Such devices heavily rely on the intramolecular hybridization reaction. However, there is a lack of mechanistic insights into this reaction that limits the sensing speed and sensitivity. A coarse‐grained model is utilized to simulate the intramolecular hybridization of localized DNA circuits (LDCs) not only optimizing the performance, but also providing mechanistic insights into the hybridization reaction. The simulation guided‐LDCs enable the detection of multiple biomarkers with high sensitivity and rapid speed showing good consistency with the simulation. Fluorescence assays demonstrate that the simulation‐guided LDC shows an enhanced sensitivity up to 9.3 times higher than that of the same probes without localization. The detection limits of ATP, miRNA, and APE1 reach 0.14 mM, 0.68 pM, and 0.0074 U mL −1 , respectively. The selected LDC is operated in live cells with good success in simultaneously detecting the biomarkers and discriminating between cancer cells and normal cells. LDC is successfully applied to detect the biomarkers in cancer tissues from patients, allowing the discrimination of cancer/adjacent/normal tissues. This work herein presents a design workflow for DNA nanodevices holding great potential for expanding the applications of DNA nanotechnology in diagnostics and therapeutics.
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