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Adv Sci丨庞达、张显玉团队:CRISPR新策略实现ctDNA超灵敏检测

作者:小编 日期:Sep.16.2025 点击数:  

  为突破 CRISPR 系统在单核苷酸多态性( SNP )检测中的特异性瓶颈,研究团队创新性地采用了工程化 crRNA 设计策略。针对 PIK3CA H1047R 等乳腺肿瘤关键突变位点,研究人员在 crRNA 的种子区( -3 至 +3 位)系统引入单碱基错配,构建了一系列错配 crRNA 变体。实验证明,特定位置的错配(如 +1 或 +3 位)不仅能有效抑制 Cas14a 对野生型序列的非特异性识别,反而显著增强了对突变型靶标的识别效率与信噪比。通过系统筛选,最终确定 crRNA+1 为最优设计,其信噪比达到原始 crRNA 的 3 倍以上。该策略进一步拓展至 EGFR 、 BRAF 、 KRAS 等临床相关突变,均实现了优异的等位基因区分能力,充分验证了该平台的通用性与可编程性。这一“以错配提特异”的 crRNA 工程化改造方法,为高保真基因检测提供了全新的设计范式。

  ctDNA 作为“液体活检”的核心标志物,其携带的基因突变信息对于肿瘤的早期筛查、疗效监测和耐药预警具有重要意义。然而, ctDNA 在血液中含量极低,且突变型 DNA 常被大量野生型 DNA 掩盖,对检测技术的灵敏度和特异性提出了极高要求。

  针对这一挑战,研究团队创新性地将高通量数字微流控技术与 TIDE-Cas14a 特异性识别系统( VAF : 0.01% )相结合。该芯片集成了 10 万个微孔(芯片大小 74mm*25mm ,单孔 50um*80um ,体积 0.157 nL ),可在单次运行中实现对核酸样本的超高通量分割与独立反应,从而实现对突变信号的“数字化”绝对定量。尤为突出的是,该平台能够在 1 小时内完成从样本加载到结果输出的全过程,极大地缩短了检测时间,并提高检测灵敏度。

  研究团队设计了特异识别 PIK3CA H1047R 突变的 sgRNA ,并构建了 RPA-T7-CRISPR/Cas14a 级联反应体系。当目标突变 DNA 存在时, Cas14a 被特异性激活,无差别切割荧光报告探针,产生可被显微镜捕获的荧光信号。通过 ImageJ 软件对微孔阵列进行自动化图像分析,即可快速、准确地统计阳性微孔数量,实现对突变 DNA 的精准定量。该平台实现了高达 0.001%VAF 的检测限( LOD ),显著优于传统 qPCR 及同类 CRISPR 检测方法,为 ctDNA 中低频突变的检测提供了可能性。

  此外,该平BG大游官方网站台操作条件简便,仅需在 37 ℃恒温条件下进行反应,无需复杂的设备支持,极大降低了操作门槛和技术依赖性。这使得该技术不仅适用于实验室环境,也能推广至资源有限的基层医疗机构,特别适用于即时检测( POCT )。

  研究团队对该平台的临床检测性能进行了系统评估。结果显示,在 32 例乳腺癌患者临床样本的检测中,检测结果与数字 PCR ( ddPCR )组织检测结果高度一致( 5/32 ),验证了其卓越的准确性与可靠性。进一步分析发现, PIK3CA 突变患者的突变等位基因频率分布广泛( 0% – 23.29% ),凸显了高灵敏检测技术在临床实践中的必要性。

  TIDE-Cas14a 技术为基于 CRISPR 的液体活检提供了超灵敏检测癌症相关突变的全新平台, 具备良好的临床转化前景 。该技术通过整合等温扩增、酶链选择性筛选以及对 crRNA 工程化改造实现的 CRISPR 激活系统,成功突破了传统方法长期面临灵敏度与特异性难以兼得的局限。其表现出的卓越性能超越 ddPCR 等技术,加之无需复杂仪器的快速操作特性,使该体系成为早期癌症诊断、微小残留病灶监测及治疗反应实时评估的变革性解决方案。随着肿瘤诊疗领域向个性化治疗范式不断迈进,我们确信 TIDE-Cas14a 技术将为推动 CRISPR/Cas 辅助诊断检测技术发展做出重要贡献,从而充分释放精准肿瘤学的应用潜力。

  哈尔滨医科大学附属肿瘤医院于园园博士( 2022 级)和金梦茹博士( 2024 级)为该研究的共同第一作者。哈尔滨医科大学附属肿瘤医院庞达、张显玉教授和哈尔滨医科大学林晶教授为 该论文的 共同 通讯作者 。课题组原伟光教授、宫雅杰博士( 2021 级)、李思维博士( 2020 级)、覃旭权硕士( 2024 级) 等为本 研究 做出了重要贡献。

Adv Sci丨庞达、张显玉团队:CRISPR新策略实现ctDNA超灵敏检测(图1)

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