Ultrasensitive Multiplexed Detection of Protein Biomarkers via Aptamer-Driven T7 RNA Polymerase Amplification

化学 T7 RNA聚合酶 核酸 环介导等温扩增 核糖核酸 多路复用 计算生物学 分子生物学 荧光 聚合酶 核酸定量 生物化学 DNA 临床诊断 靶蛋白 微流控 信号(编程语言) 费斯特共振能量转移 实时聚合酶链反应 检出限 核酸检测 聚合酶链反应 生物物理学 蛋白质检测 色谱法
作者
Yongjun Li,Zixin Yang,Jiahao Wu,Liye Chen,Qian Zhao,Haowen Huang
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:97 (43): 24144-24153 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.5c04805
摘要

Accurate and multiplexed detection of protein biomarkers in complex biological fluids is essential for early diagnosis and precision medicine. However, existing technologies face critical trade-offs among sensitivity, specificity, multiplexing capability, and operational simplicity. Antibody-based assays like ELISA often lack the sensitivity for early detection, while nucleic acid amplification methods are poorly suited for protein targets and require complex workflows. This creates a pressing need for a simple, highly sensitive, and interference-free approach for simultaneous protein detection in real-world samples. Here, we report an aptamer-driven T7 RNA polymerase cascade amplification system for visual, dual-channel detection of protein biomarkers directly in serum. The platform converts target recognition into isothermal RNA transcription, producing red or green fluorescence via fluorogenic RNA-dye complexes. Using alpha-fetoprotein and human serum albumin as models, the system achieved femtogram-per-milliliter sensitivity, excellent specificity, and broad linear ranges. A red-green fluorescence logic enables intuitive clinical interpretation. Validation with spiked and clinical samples showed recovery rates between 90 and 110% and strong agreement with ELISA results. These findings demonstrate that protein-responsive nucleic acid circuits can achieve precise, multiplexed detection with instrument-free signal amplification. By integrating molecular recognition, signal amplification, and visual readout, this strategy offers a scalable, point-of-care diagnostic framework and contributes to advancing protein-regulated synthetic biology circuits.
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