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为解决传统 HIV 诊断方法无法检测低丰度生物标志物的问题，研究人员开展了多功能哑铃状 DNA 探针用于 HIV 检测的研究。设计了三种 UDPs 并集成到 RCT-CRISPR-Cas12a 平台，发现 A 型 UDP 性能最佳，该平台可用于早期疾病检测。
研究背景
艾滋病，一个如影随形的健康杀手，自出现以来就给全球公共卫生带来了巨大挑战。其病原体人类免疫缺陷病毒（HIV）在 2022 年又新增了 130 万感染者 。早期检测对于 HIV 防控至关重要，在急性期，虽然病毒载量极低，但及时发现并干预，能极大提高治疗效果、预防疾病传播。
然而，传统基于抗原和抗体的检测方法存在明显短板。在血清窗口期，这些方法难以检测到低丰度的生物标志物，就像在茫茫大海里捞针，却因为 “工具” 不给力而错过关键线索。为了突破这一困境，核酸检测技术应运而生，尤其是针对 HIV-DNA 的检测，它能够实现更早期的诊断。
随着科技的进步，滚环转录（RCT）和 CRISPR-Cas12a 系统在分子诊断领域展现出了巨大潜力。Cas12a 在特定 crRNAs 激活后，具有强大的旁切活性，能实现信号放大。但它也面临着非特异性切割导致背景噪音高、对原间隔相邻基序（PAM）要求严苛等问题，就像一辆性能强大却问题不少的赛车，限制了其广泛应用。与此同时，核酸自组装研究不断发展，哑铃状 DNA 探针凭借稳定结构和适中链长，可搭载多个功能区域，在生物传感等领域备受关注。不过，不同设计的哑铃状探针性能差异很大，却很少有人探究在同一生物传感平台中，其功能区域设计与性能之间的关系。
为了解决这些难题，研究人员踏上了探索之旅，旨在设计出更高效的检测平台，实现对 HIV 的超灵敏检测，为艾滋病防控提供有力武器。
研究机构与研究内容
来自未知研究机构的研究人员，开展了一项极具创新性的研究。他们设计并评估了三种不同类型的未封闭哑铃状探针（UDPs），分别是 A 型、B 型和 C 型，每种探针的功能区域配置各有特色。
研究人员将这些探针整合到 RCT-CRISPR-Cas12a 级联放大平台中，从灵敏度、特异性和稳定性等多个方面系统分析其性能，探索结构配置对扩增效率和检测结果的影响，为核酸探针设计与功能性能之间搭建桥梁，为开发通用且可扩展的诊断平台奠定基础。
关键技术方法
研究主要运用了以下关键技术：一是设计包含目标识别、crRNA、连接和 T7 启动子四个功能区域的 UDPs；二是采用滚环转录（RCT）技术，实现核酸扩增；三是借助 CRISPR-Cas12a 系统的旁切活性进行信号放大。研究样本来自苏州疾病预防控制中心提供的 HIV 感染者和未感染者的核酸样本。
研究结果
- 哑铃状底物探针的设计与功能差异：UDPs 包含四个功能区域，目标识别区域与 HIV-1 DNA 完全互补，由 21 个核苷酸组成，确保精准稳定结合；crRNA 区域含 CRISPR/Cas 系统激活所需的保守支架结构；T7 启动子区域发挥启动转录作用。不同类型的 UDPs 功能区域布局不同，A 型将目标识别区域置于茎部，利于稳定结合目标并形成环状模板；B 型将识别区域移至环部，增强扩增可及性，但可能影响结合稳定性；C 型采用简化设计，分割识别区域，追求快速检测，不过在复杂生物基质中可能牺牲灵敏度。
- UDPs 性能评估：研究人员在 RCT-CRISPR 级联平台中评估三种 UDPs 性能。结果显示，A 型 UDP 表现最佳，对 HIV-DNA 的检测限低至 44.8aM，展现出高灵敏度和特异性。在临床样本检测中，A 型 UDP 同样表现出色。研究推测，UDPs 性能差异可能源于不同功能区域布局导致的打开形式变化。
- 平台的通用性：该平台采用模块化设计，能够根据不同核酸靶标进行定制，适用于早期疾病检测和精准诊断，为多种疾病的诊断提供了可能。
研究结论与讨论
这项研究基于多功能哑铃状 DNA 探针，构建了 RCT-CRISPR 生物传感平台，实现了对 HIV-DNA 的超灵敏检测。通过设计三种不同的 UDPs 并研究其性能，发现 A 型 UDP 在检测 HIV-DNA 方面优势明显。这一研究成果不仅为 HIV 检测提供了新方法，也为其他传染病、肿瘤以及精准医学领域的核酸检测提供了重要参考。
该平台的模块化设计更是一大亮点，它打破了传统检测方法的局限性，可根据不同需求快速定制检测方案，就像一把万能钥匙，能打开多种疾病诊断的大门，在未来临床诊断和疾病防控中具有广阔的应用前景。同时，研究揭示了哑铃状探针结构与功能的关系，为核酸探针设计提供了理论依据，推动了生物传感器技术的发展，有望助力实现更高效、更精准的疾病诊断，为全球健康事业注入新动力。该研究成果发表在《Analytica Chimica Acta》，为相关领域的研究提供了重要的借鉴和指导。
