可直接高特异性分析癌症患者异常蛋白水平的核酸适配体-肽偶联物的内在SERS指纹

正文核酸和多肽作为生物分子都具有良好的生物相容性，核酸-肽偶联物通常具有更高的稳定性和信号识别功能，是用作生物传感的良好探针。这里，通过使用谷胱甘肽（GSH）和凝血酶适配体-TBA合成了一个三肽-适配体共轭体（探针1，Scheme1a），其SERS谱图可以区分癌症患者和健康人血液样本中的凝血酶（TB）浓度[1]。由于谷胱甘肽的活性基团和独特的结构，其被选为生物信号分子，并与适配体共价连接，形成了核酸-肽偶联物，实现了在高盐含量的实际血液样本中对凝血酶的检测。另一个针对凝血酶的适配体-HD22与传统的拉曼标记物4-巯基苯甲酸（4-MBA）耦合，作为对照探针（探针2，Scheme1a）。当向一定数量的探针中加入凝血酶时，它能够有效地与探针结合，并减少溶液中的游离探针数量。在随后加入银纳米颗粒（AgNPs）后，随着凝血酶浓度的增加，探针的信号强度逐渐降低（Scheme1b和1c）。这种三肽-适配体偶联物极大地提高了体系的稳定性和生物相容性，且三肽的SERS信号并没有消除适配体的SERS信号，为稳定分析提供了更多的信息[2]。首先，作者采用AgNPs聚集体中的等离子热点放大SERS信号，分别测量了两种TB适配体，即TBA和HD22的SERS特征，并生成了清晰的核酸指纹。通过多次平行实验，证明结果的可重复。通过修饰TBA的3’端氨基，与GSH的羧基形成酰胺键，成功构建了TBA-GSH偶联物，即探针1。对TBA-GSH偶联物和TBA进行了电泳，证明该适配体与GSH的成功偶联（Figure1）。为了证明此探针的优越性，作者将常见的拉曼报告基因4-MBA作为一个信号标签与相同的适配体TBA结合起来，名为探针C。结果显示，无论TBA是否结合，SERS谱都只产生了更强的4-MBA特征峰（FigureS6）。之后，作者使用一些常见的蛋白，包括人血清白蛋白（HSA）、牛血清白蛋白（BSA）和纤维蛋白（FIB）作为对照，对探针1和探针C的靶向特异性进行了检测。结果显示，探针1在其他蛋白存在下是稳定的，但探针C很容易受到其他蛋白的影响，进一步说明传统的小分子拉曼标签的高信号易受测量环境的影响，且信号波动很大，特别是在生物样品环境中。探针1在检测其他蛋白含量高的样本时，比传统的探针C具有更高的特异性。GSH作为一种三肽，可以成为生物样本中稳定的信号源。因此，适配体-GSH作为一种生物探针，在生物样品的检测中具有更大的吸引力（Figure2a,b）。进一步的，作者对TB进行SERS检测，从而对探针1和探针2进行了比较性检验（Figure2c,d）。在TB浓度相关的SERS检测中，比较了探针1和探针2的检测性能（Figure3）。最后，作者分别使用探针1和探针2直接检测16名癌症患者和8名健康个体的血液样本中的TB。使用基于SERS光谱的DD-SIMCA方法对样本数据进行分析，为了区分每个样本的稳定性，在一个样本上多次收集SERS数据。对16个健康样本进行了训练集的分析，选择最佳分析模型，灵敏度为100%，且数据证明该模型具有较高的特异性（Figure4）。总结首次设计了一种稳定的三肽-适配体偶联探针，用于有效地和直接地检测血液样本中的TB蛋白水平。使用一个短肽与TB适配体连接作为探针，其产生的SERS信号实