循环肿瘤DNA（ctDNA）是存在于血液中的肿瘤细胞释放的遗传物质片段，对癌症的早期筛查、治疗效果动态评估以及复发监测具有极其重要的价值。然而，ctDNA在血液中的含量通常非常低，这给传统的检测技术带来了巨大的挑战，常常面临灵敏度不足、假阳性率较高以及操作流程复杂等问题。
近年来，基于CRISPR-Cas系统的生物传感技术因其精准识别特定靶标的能力和独特的反式切割活性，在核酸检测领域展现出巨大潜力。但目前的CRISPR检测方案往往需要额外的预扩增步骤来提高灵敏度，而且天然的Cas蛋白在复杂的生物样本环境中容易失活，限制了其在临床上的广泛应用。因此，如何在保证Cas蛋白稳定性的同时，显著提升其反式切割活性，成为了ctDNA检测技术亟待解决的新难题。
近日，国内研究团队在这一领域取得了重要进展。南京医科大学第一附属医院与南京大学、上海大学的合作团队，创新性地提出并构建了一种基于锰金属有机框架材料（Mn-MOFs）增强的CRISPR系统（MME-CRISPR），并在此基础上开发了用于ctDNA灵敏检测的电化学生物传感器。这项研究成果以“Enhanced the Trans-Cleavage Activity of CRISPR-Cas12a Using Metal-Organic Frameworks as Stimulants for Efficient Electrochemical Sensing of Circulating Tumor DNA”为题，发表在国际知名学术期刊Advanced Science上。
该研究的核心在于巧妙地将定制化酶激活剂（Mn²⁺）与Cas12a/crRNA共同组装到Mn-MOFs材料中，形成稳定的酶-MOF复合物。这种复合物不仅能在温和条件下快速释放活性成分，更重要的是，MOF材料产生的邻近效应可以在释放过程中持续提供足够的Mn²⁺，极大地促进了与Cas12a/crRNA的相互作用，从而显著增强了Cas12a/crRNA的反式切割活性。同时，这种复合物结构还能有效保护Cas12a/crRNA免受外部环境因素的影响，提高了其稳定性。得益于MME-CRISPR系统的这些优势，研究团队开发的生物传感器无需进行预扩增，即可实现对ctDNA的超高灵敏检测。
图1 基于Mn-MOFs增强的CRISPR-Cas12a传感体系用于ctDNA检测的设计原理。（图片来源：Advanced Science）
研究团队通过多种先进的表征手段，如X射线衍射、扫描电子显微镜等，详细验证了Cas12a/crRNA能够高效地被包裹在Mn-MOFs材料中。进一步的实验表明，该复合物在不同pH条件下均能有效释放Cas12a/crRNA，并且酶动力学常数和各种条件下的活性测试均证实，Cas12a/crRNA在反式切割活性和稳定性方面均得到了显著提升。
图2 Cas12a/crRNA@Mn-MOFs的制备与表征结果图。（图片来源：Advanced Science）
为了验证其临床应用潜力，研究团队以表皮生长因子受体（EGFR）的L858R突变为目标，构建了基于MME-CRISPR的新型电化学生物传感器用于ctDNA分析。结果令人振奋：该传感器的检测限低至0.28 fM，相较于传统方法，灵敏度提升了整整2个数量级。这意味着即使血液中ctDNA含量极低，也能被有效捕获和检测，这对于癌症的早期发现和微小残留病灶的监测至关重要。
图3 基于MME-CRISPR的生物传感器用于EGFR L858R检测分析。（图片来源：Advanced Science）
此外，研究团队还通过巧妙设计crRNA，使得该生物传感器能够以高信噪比精确检测单核苷酸变异（SNV），并在初步的临床实践中展现出巨大潜力。该传感器只需少量样本，即可在短时间内完成高效、高精度的ctDNA靶标检测。通过灵活设计crRNA结构，该技术还可以轻松应用于检测各种不同的核酸靶点，为癌症的诊断、治疗方案选择和疗效监测提供了全新的技术支持。
这项创新性的MME-CRISPR技术为ctDNA的超灵敏检测开辟了新途径，有望推动液体活检技术的发展，为癌症患者带来更早、更精准的诊断和更有效的治疗监测手段。精准的检测结果对于选择合适的药物至关重要。了解最新的诊疗进展和药物信息，可以帮助患者做出更明智的决策。您可以在MedFind网站获取更多抗癌资讯，或通过AI问诊服务初步了解病情和潜在治疗方案。对于需要获取海外靶向药或仿制药的患者，可以考虑通过正规渠道了解海外购药服务。
