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湖南永州籍 80 后科学家黄晋肽谷股份有限公司，他的阅历从本科开端，就和湖南大学深深绑定。

图 | 黄晋（来历肽谷股份有限公司：黄晋）

本科和直博，均就读于该校化学化工学院，博士则由美国佛罗里达大学和湖南大学联合培育，博士后两年在国家留学基金委赞助下，留学美国并取得博士学位。

值得注意的是，做博后研讨时，他再次回到湖南大学。从最初化学化工学院的本科生，再到现在成为该学院的教授，20 年韶光好像“眨眼间”流过。

而他也成为了湖南大学岳麓学者、湖南省杰出青年基金取得者以及教育部青年长江学者。

2021 年 12 月 22 日，黄晋团队在 Nucleic Acids Research 上宣布了一篇研评论文，题为《光控扩大的FRET纳米耀斑：时空可控的、mRNA 驱动的纳米机器用于活细胞内细小RNA的精准、活络成像》（Photocaged amplified FRET nanoflares: spatiotemporal controllable of mRNA-powered nanomachines for precise and sensitive microRNA imaging in live cells）[1]，论文榜首作者为李静博士，黄晋担任通讯作者。

该论文报导了一种时空可控的、细胞内源分子驱动的 DNA 纳米机器，处理了活细胞内低丰度靶标分子“测不到、测禁绝”难题，完成了精准、活络原位检测细胞内低丰度 miRNA 的方针。

图 | 相关论文（来历：Nucleic Acids Research）

针对活细胞内低丰度 miRNA 原位检测，供给“测得到、测得准”新方案

据悉，miRNA 在细胞增殖、分解和凋亡进程中扮演着非常重要的人物，具有类似于致癌基因和抑癌基因的作用。

现在越来越多的数据标明：miRNA 的反常表达与人类疾病密切相关，被认为是确诊和预后的潜在生物标志物。

因而，关于更好地了解其功用、以及疾病相关的调理机理上，可视化定量细胞内 miRNA 具有至关重要的含义。

可是，现在细胞内低丰度 miRNA 原位检测仍然面对一些难题：

其一，miRNA 的部分内涵特色欠佳，例如小尺度、高同源性、低丰度、易降解等肽谷股份有限公司；

其二，由于杂乱的细胞内环境，生物分子自发荧光探针易被非靶标分子降解或许提前激活，导致检测精准度低比方会呈现假阳性肽谷股份有限公司；

其三，由于细胞空间尺度的局限性，细胞内某些 miRNA 的丰度比较低，根据传统的“1对1”信号触发形式即一个靶标触发一个信号，会导致检测活络度缺乏比方会呈现假阴性。

针对活细胞内原位检测低丰度 miRNA 的精准度和活络度低的难题，黄晋团队开发出上述时空可控的、内源性分子驱动的 DNA 纳米机器，完成了细胞内低丰度 miRNA 的精准、活络荧光成像。

（来历：Nucleic Acids Research）

一方面，他们经过荧光共振能量转移技能（FRET，fluorescence resonance energy transfer）比率型信号输出，有用地防止了系统动摇和化学搅扰（例如：细胞内谷胱甘肽和 DNA 水解酶）带来的假阳性信号。

一同，让光照作为外界刺激物实时操控探针的初始活性，防止探针在内吞或许运送进程中，即在抵达肿瘤位点之前，被提前激活，发生高的非特异性信号，借此进步了检测精准度。

另一方面，其奇妙有利地势用了内源性、高丰度的 mRNA 分子作为驱动力，完成了“一对多”信号触发形式，即一个靶标触发多个信号，终究完成了活细胞内低丰度 miRNA 的精准、活络成像。

（来历：Nucleic Acids Research）

项目规划理念的源头在 6 年前

冰冻三尺，非一日之寒，此次作用也得益于黄晋多年的堆集。

2015 年，该团队曾提出一种新式纳米探针规划概念“FRET纳米耀斑（FRET Nanoflare）”，比较传统的单荧光染料符号的纳米探针，该探针能有用地防止系统动摇和化学搅扰发生的假阳性信号，进步了检测的精准度[2]。

可是，该 FRET 纳米耀斑的规划仍然是根据“1对1”信号触发形式，即一个靶标只能触发一个信号，关于细胞内低丰度 miRNA 的检测会晤对检测活络度缺乏的问题。

因而，规划”一对多“信号触发形式，即一个靶标触发多个信号，是黄晋接下来要竭力完成的方针。

（来历：Nucleic Acids Research）

脱氧核糖核酸酶（DNAzyme），是具有催化功用的单链寡核苷酸，它在特定金属离子的辅佐下能循环不断地切开荧光符号的基底链，发生”一对多“信号扩大形式，因而被认为是一种有用的信号扩大战略。

2016-2017 年，黄晋和团队规划了不同类型的根据 DNAzyme 的纳米机器，其间包含适体酶（Aptazyme）、自切开核酶和裂开核酶，完成了细胞内低丰度分子的活络检测[3-5]。

2018 年，根据催化发夹拼装（CHA）技能，他们又构建出一种发夹驱动的 DNA 纳米机器，完成了活细胞内 miRNA 的扩大成像[6]。

可是，上述规划一般需求外加辅离子、或辅佐分子来驱动纳米机器的循环运转，这不只会导致检测进程杂乱化，并且会改动原有的检测系统，然后会下降纳米机器的运转功率。

尔后，该团队测验使用细胞内源性高丰度 mRNA 作为燃料分子驱动纳米机器的运转。经过很多的文献调研和屡次详尽的评论，他们奇妙构建了根据内源性、高表达的 mRNA 分子作为驱动力规划的一种扩大的 FRET 纳米耀斑。

本质上，FRET 纳米耀斑是一种内源性 mRNA 驱动的 DNA 纳米机器，终究可完成”一对多“信号扩大形式，其检测活络度比较于”1对1“信号触发形式进步了大约 3 个数量级[7]。

可是，该探针的初始活性是不可控的，探针在抵达肿瘤位点之前，一旦遇到靶标就会直接和它们彼此作用，使探针被提前激活，发生非特异性信号，导致检测精准度低。

由于光能够在空间和时刻上被精准地操控，因而一般被作为一种有用地外界刺激物用于生物正交调理和精准调控生物传感器的活性。

根据此，黄晋选用光照作为外界刺激物实时操控探针的初始活性，使探针在运送或许内吞进程中一向处于失活的状况。

进入细胞今后，经过光照在特定时刻和特色地址被挑选性地激活。随后，在低丰度 miRNA 的触发下、以及高丰度 mRNA 的驱动下，探针即可自动地、程序性地在活细胞内运转，不需求外加辅佐物。

这不只要用简化了操作进程，还可进步纳米机器的运转功率，然后进步了检测精准度和活络度。

（来历：Nucleic Acids Research）

为活体或细胞层面完成低丰度靶标的原位成像，供给新思路

探针进入肿瘤细胞今后，黄晋经过光照挑选地激活探针，随后持续与细胞进行孵育。

他和团队发现，只要在光照和靶标分子一同存在的条件下，肿瘤细胞内才干发生很强的 FRET 荧光信号。在没有光照的情况下，即便有 miRNA 的存在，细胞内也几乎没有显着的 FRET 信号。

这说明该探针的初始活性是可控激活的，这种现象类似于“两把钥匙开一把锁”，进步了检测的准确度和可信度。

除此之外，为验证其信号扩大作用，该团队选用传统的“1对1”信号触发形式的纳米耀斑作为对照，发现其FRET荧光信号显着低于本次试验规划的“一对多”信号触发形式的纳米耀斑，标明“一对多”信号扩大形式的检测活络度明显进步。

类似地，他们将时空可控的、mRNA 驱动的纳米机器用于动物试验，发现只要在光照和肿瘤安排一同存在的情况下，才干在肿瘤部位发生明显的 FRET 荧光信号。

因而，长途光激活的、扩大的 FRET 纳米耀斑能够完成肿瘤安排内 miRNA 的精准、活络成像。

归纳来说，此次研讨理念为活细胞内原位荧光成像低丰度靶标供给了新的研讨思路，防止了外加辅佐物导致原有检测系统被破。

由于细胞内含有很多的蛋白、核酸和小分子，这为他们规划内源性分子驱动的 DNA 纳米机器用于履行活体内特定的使命供给了前提条件。

（来历：Nucleic Acids Research）

难忘的“山穷水尽、恍然大悟”

黄晋说，研讨中最让人难忘的事，当属该团队每周的组会评论。在评论进程中，总会有新的问题不断的被提出、随后经过各种途径不断地寻求处理办法。

问题处理时，那种“山穷水尽、恍然大悟“的喜悦之情，以及在项目履行进程中我们孜孜不倦的探求精力，都变成了最夸姣、难忘的韶光。

（来历：Nucleic Acids Research）

尽管内源性驱动的概念早有报导，例如小分子 ATP，可是 ATP 与其核酸适配体（aptamer）的彼此作用力有限。

怎么开展新的内源性驱动力规划“一对多”信号扩大形式，是曩昔一段时刻来团队内部常常评论的论题。

在试验以及投稿进程中，他们阅历了一次次失利，一次次重复，懊丧过也苍茫过。

该团队表明：“仍然记住在文章来意见后补试验的进程中，常常由于要做共聚集试验和电泳试验熬夜到很晚，一天试验之后，我们还要一同持续评论试验成果并拟定第二天的试验方案，每个人都乐此不疲。”

关于未来黄晋表明，精准、活络可视化定量细胞内低丰度分子，关于基础研讨和临床医学，都具有重要研讨价值和使用潜力。

（来历：Nucleic Acids Research）

因而在后续研讨方案中，一方面能够结合肿瘤医治药物，完成治疗一体化规划。另一方面，现在可使用的内源性驱动分子的品种和含量具有必定的局限性，在必定程度上约束了其广泛的使用。

因而，有必要探求新的可使用的内源性物质，例如：内源性离子、小分子和蛋白质等，然后构建出内源性驱动的 DNA 纳米机器履行各种新的使命。

-End-

参阅:1. Photocaged amplified FRET nanoflares: spatiotemporal controllable of mRNA-powered nanomachines for precise and sensitive microRNA imaging in live cells. Nucleic Acids Res.2. FRET Nanoflares for Intracellular mRNA Detection: Avoiding False Positive Signals and Minimizing Effects of System Fluctuations. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 8340-8343.3. Aptazyme?Gold Nanoparticle Sensor for Amplified Molecular Probing in Living Cells. Anal. Chem. 2016, 88, 5981-5987.4. Gold Nanoparticle Based Hairpin-Locked-DNAzyme Probe for Amplified miRNA Imaging in Living Cells. Anal. Chem. 2017, 89, 5850?5856.5. Gold Nanoparticle Loaded Split-DNAzyme Probe for Amplified miRNA Detection in Living Cells. Anal. Chem. 2017, 89, 8377?83836. Hairpin-fuelled catalytic nanobeacons for amplified microRNA imaging in live cells. Chem. Commun., 2018, 54, 10336-10339.7. Amplified FRET Nanoflares: An Endogenous mRNA-Powered Nanomachine for Intracellular MicroRNA Imaging. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 20104 -20111