基于定位与Mn2+ 增强Cas12a剪切的多功能纳米复合系统实现精准高效细胞内miRNA-155成像

针对CRISPR/Cas12a系统在细胞内应用时定位不准、反应动力学差的问题，研究人员开发了集成AS1411适配体靶向与Mn2+ 增强Cas12a剪切活性的多功能纳米复合系统（MNCS）。通过滚动环扩增（RCA）构建含重复适配体的长链ssDNA，耦合MnO2 纳米颗粒和CRISPR组件，实现了癌细胞特异性递送及GSH触发的Mn2+ 释放，显著提升Cas12a剪切效率。该系统在体外检测中达到4.67 pM的检测限，并成功应用于细胞内miRNA-155的高灵敏度成像，为核酸精准示踪提供了新策略。

　　

在基因编辑技术飞速发展的今天，CRISPR/Cas系统因其高灵敏度和可编程性成为生物检测的明星工具。然而，当科学家们试图将这一利器应用于细胞内核酸成像时，却面临两大“拦路虎”：一是CRISPR组件难以精准抵达靶细胞，二是细胞内受限的分子扩散导致反应效率低下。尤其对于Cas12a这一能无差别剪切单链核酸的“分子剪刀”，如何在肿瘤细胞中实现高效激活更成为领域内亟待突破的瓶颈。

针对这一挑战，西南大学的研究团队在《Dyes and Pigments》发表了一项创新研究。他们巧妙地将癌症靶向“导航系统”与金属离子“加速引擎”整合，构建出多功能纳米复合系统（MNCS）。该系统通过AS1411适配体精准锁定肿瘤细胞表面过表达的核仁素，利用细胞内谷胱甘肽（GSH）触发Mn²⁺
释放，不仅解决了CRISPR/Cas12a的递送难题，更通过Mn²⁺
的催化作用将Cas12a的剪切活性提升至新高度，最终实现了microRNA-155从体外检测到细胞内成像的全流程高灵敏度分析。

研究团队采用三项核心技术：滚动环扩增（RCA）制备含重复AS1411适配体的长链ssDNA载体，MnO₂
纳米颗粒的仿生合成与核酸/蛋白共载技术，以及Mn²⁺
增强型Cas12a剪切活性调控体系。通过乳腺癌细胞模型验证，该系统展现出“三位一体”的优势——精准定位、信号放大和动力学加速。

材料与方法
透射电镜（TEM）显示合成的MnO₂
纳米颗粒粒径均一（约15nm），紫外吸收谱证实其成功负载ssDNA与Cas12a蛋白。凝胶电泳验证RCA产物包含设计的功能序列，荧光光谱证实Mn²⁺
可使Cas12a剪切效率提升3.8倍。

结果与讨论
AS1411适配体使MNCS在混合细胞中对目标癌细胞的摄取率提升至82.3%。GSH响应实验显示，10mM GSH可在15分钟内完全分解MnO₂
并释放Mn²⁺
。对于miRNA-155的检测，MNCS在体外达到4.67 pM的检测限，细胞内信噪比较非靶向系统提高6.2倍。

结论
该研究首创性地将适配体靶向与金属离子催化相结合，解决了CRISPR细胞内应用的定位与效率难题。Mn²⁺
不仅作为载体分解产物，更成为Cas12a的“分子油门”，这种“变废为宝”的设计思路为活细胞核酸成像提供了普适性平台。未来通过替换适配体与crRNA序列，该策略可扩展至其他疾病标志物的检测，在肿瘤早诊和基因治疗监测领域具有重要应用前景。