带有条形码的纳米探针

　　

蛋白质分裂酶在许多生理过程中起着重要作用。这类蛋白酶通常处于无活性状态，只有在某些条件下才会被激活。有些与感染或癌症等疾病有关，因此有选择性地检测活性蛋白酶的方法非常重要。在Angewandte Chemie杂志上，科学家们介绍了一类新的蛋白酶活性传感器:配备肽DNA的金纳米颗粒。

由Devleena Samanta和Anna Capasso(美国德克萨斯大学奥斯汀分校)领导的研究小组已经证明，这些纳米探针可以并行检测多个活性蛋白酶(多路测量)。该方法在室温下工作，不需要复杂的样品制备或精密的仪器。

这种新型探针的核心是金纳米粒子，它配备了由肽和DNA片段组成的链。肽结构被设计成被检测到的蛋白酶分裂的结构。DNA作为识别肽的独特条形码，也放大了信号。如果所需的蛋白酶以其活性形式存在于样品中，肽将其分裂。这将DNA条形码释放到溶液中，在溶液中可以根据其序列进行检测。

为了进行这种检测，该团队使用了CRISPR/Cas12a测试:Cas12a酶与向导RNA (gRNA)结合，形成非活性复合物。gRNA包含一段与条形码DNA特异性结合的片段。这激活了Cas12a，因此它现在可以“切割”单链DNA (ssDNA)。在测试中，研究人员在一端添加了带有荧光基团(荧光团)的ssDNA分子，在另一端添加了猝灭剂，猝灭剂可以“关闭”荧光团的荧光(只要它们足够接近)。如果ssDNA被切断，荧光团和猝灭剂就会进一步分离。这导致强烈的荧光，表明被检测的蛋白酶存在(检测限约为58 pM)。

如果现场没有可用的仪器，并且测试必须快速进行，则可以用肉眼检测:如果蛋白酶在探针上分裂肽，则金纳米颗粒的表面电荷发生变化并聚集。这些所谓的“等离子体纳米结构”的颜色在很大程度上取决于它们的聚集程度。可以根据测试溶液的颜色变化来检测纳摩尔蛋白酶浓度。

对蛋白酶3CL和caspase3的多重检测使研究小组证明了他们的新方法的高灵敏度和选择性。3CL是活性冠状病毒感染的标志物，COVID患者通常也有凋亡标志物caspase3的活性升高。在从患者身上获得的三种不同的肿瘤细胞系中，组织蛋白酶B(一种与结直肠癌相关的蛋白酶)的检测也证明了该测试的临床潜力。

与商用荧光蛋白酶传感器相比，这些纳米探针产生的荧光信号高100倍。此外，几乎任何蛋白酶都可以被检测出来，只要它分裂的肽是已知的。综上所述，这些纳米探针可以潜在地实现早期疾病检测，并通过多路复用提高诊断测试的准确性和可靠性。