An enzyme-free amplification strategy for sensitive assay of circulating tumor DNA based on wheel-like catalytic hairpin assembly and frame hybridization chain reaction

连锁反应 检出限 DNA 分子生物学 DNA–DNA杂交 化学 寡核苷酸 材料科学 纳米技术 生物传感器 生物化学 杂交探针 组合化学 生物 色谱法 光化学
作者
Shihua Luo,Ye Zhang,Guoni Huang,Bo Situ,Xinyi Ye,Maliang Tao,Yifang Huang,Bo Li,Xiujuan Jiang,Qian Wang,Lei Zheng
出处
期刊:Sensors and Actuators B-chemical [Elsevier BV]
卷期号:338: 129857-129857 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.snb.2021.129857
摘要

As an ideal liquid biopsy biomarker candidate, circulating tumor DNA (ctDNA) plays an important role in the non-invasive diagnosis of cancer. Sensitive and precise analysis of ctDNA plays a vital role in promoting clinical applications. Herein, we have developed a novel electrochemical biosensor for ctDNA assay coupling wheel-like catalytic hairpin assembly (WCHA) and frame hybridization chain reaction (FHCR). The ctDNA bound to the DNA transducer by the toehold strand displacement and released the initiator to promote the recycle amplification of WCHA, which lead to the formation of a great number of wheel-like DNA products hybridized with the capture probes immobilized on the gold electrode surface. In addition, the metastable dumbbell probes (DSH1 and DSH2) are designed for hybridization chain reaction. Compared with the traditional HCR, this novel form of HCR (FHCR) can fold up more compact and dense DNA nanostructures, which greatly reduce the space potential resistance and enhance the electronic transmission ability. The combination of dual signal amplification strategies (WCHA/FHCR) significantly improve the sensitivity of ctDNA detection, creating a limit of detection (LOD) as low as 8.3 fM. More importantly, the proposed method is successfully applied in the analysis of clinical samples, and has an effective classifier with an AUC of 0.909, showing a sensitivity of 86.7 % and a specificity of 80.0 % for the diagnosis of breast tumors. Therefore, this platform has great potential in bioanalysis and clinical diagnostics.
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