RNA-分子在癌症等严重疾病的发展中起着重要作用。他们还可以检测一个人是否患有癌症，以及疾病将如何发展。因此，如果我们想知道一个人是否患有癌症，看看细胞中RNA分子的寿命是个好主意。但今天，如果我们想观察它，我们必须从细胞中分离出RNA，这使得我们无法看到RNA在细胞中是如何起作用的。实时可视化细胞中的RNA可以深入了解RNA分子的生命周期以及与严重疾病发展相关的细胞机制。
但是，我们如何在不分离RNA的情况下观察RNA的工作呢？我们的研究表明，答案可能在于包裹在DNA传感器内的微小银粒子簇。在此之前，我们需要了解为什么RNA如此重要。RNA在细胞和microRNAs中的作用
想象一下，你必须遵循一个非常漫长而详细的食谱。这有点令人困惑，所以你要求ChatGPT创建一个更短的版本，只给你最重要的指令。
就像ChatGPT一样，RNA分子将DNA中最重要的指令发送到细胞中，这样它们就可以合成蛋白质来执行正确的任务。MicroRNAs是一类由20-25个核苷酸构建块组成的小RNA分子，与由100个核苷酸组成的较长RNA发挥不同的作用。微小RNA对基因调节至关重要，影响约三分之二的人类基因，并在调节各种生物过程中发挥关键作用，包括癌症等疾病的发展。
为了正常发挥其功能，microRNA分子被定位在细胞的特定部位，在那里它们发挥关键功能。许多RNA分子是在细胞生命周期的特定时间产生的，它们的表达水平可以根据细胞的需要而变化。RNA在细胞内不是静止的；它经历合成、加工、运输和降解。当从细胞中分离出RNA进行研究时，关于它们在细胞中定位的大部分信息都丢失了。因此，在不干扰细胞的情况下检测细胞中的这些microRNA分子非常重要。
DNA和银纳米簇可以照亮RNA
作为一名纳米生物技术专家，我们的研究团队利用我们对DNA生物学和荧光纳米材料化学的理解，开发了一种可视化RNA分子的新方法。我们的创新技术利用了DNA和纳米材料之间的独特相互作用，特别是利用银纳米簇形成的“亲吻DNA结构”。“亲吻DNA”是一个术语，指的是由DNA分子之间的银纳米簇形成的特定结构。
当银纳米簇的尺寸小于两纳米时，它们会表现出荧光特性，这使得研究microRNA“活”的表达水平和空间位置成为可能。为了达到合适的尺寸并防止银纳米簇生长超过两纳米，需要使用支架。在这种情况下，我们使用DNA来制备银纳米簇。当两条特别设计的DNA链相互靠近并形成一种“接吻”相互作用时，它们会与附着在它们上面的银纳米簇形成稳定的结构。以前已经将DNA和银放在一起，但专门设计的DNA“支架”
是新颖的，它允许我们在不分离RNA的情况下直接在细胞中可视化RNA。尾吻DNA结构
在这项技术中，我们利用这些独特的接吻DNA结构来检测microRNAs。通常，DNA链的行为就像拉链，导致两条DNA链粘在一起。在这里，我们设计了一种不寻常的DNA结构，这种结构在生物学中只是偶尔出现，而且时间很短，被称为“Hoogsteen碱基配对三链DNA”。
正如你从名字中猜到的那样，这种结构中不仅有两条，而是三条DNA链。当三链DNA被用作银纳米簇的支架时，它们会形成一个接吻的DNA结构，产生明亮的红色荧光。亲吻DNA如何帮助我们看到microRNA
在我们目前的研究中，我们发现当我们在三链DNA结构中添加一条尾巴时，我们正在干扰接吻DNA结构的形成。把这条尾巴想象成我们三链DNA末端的额外片段或延伸，可以识别microRNAs。
当尾巴被microRNAs占据时，它不会干扰接吻的DNA结构。这一发现为检测疾病的microRNA生物标志物创造了一个有趣的机会。因此，当microRNA与DNA尾部结合时，可以产生银纳米簇，发出鲜艳的红色荧光，产生指示特定microRNA存在的可见信号。图文：这两幅图像显示了通过特殊显微镜看到的不同细胞类型，HEK 293和HCT 116。
其中一些细胞用Tri7C-miR-21/AgNCs（DNA（Tri7C）、microRNA-21（miR-21）或银纳米簇（AgNCs）的复合物）处理12小时，而另一些细胞则没有。所有细胞都用脂质体处理，脂质体是一种有助于将分子带入细胞的物质，它将microRNA吸引到接吻的DNA结构中。我们看到用Tri7C-miR-21/AgNCs处理的细胞发出红色荧光。
换句话说，当细胞用Tri7C-miR-21/AgNCs处理时，microRNA-21在红光中发光，这被显微镜捕获。为什么我们需要了解microRNAs在细胞中的位置？自从首次鉴定microRNAs以来，由于microRNAs尺寸小等技术限制，研究其定位的研究在很大程度上被忽视了。在这里，我们已经证明了这项新技术可以成为一种解决方案。
为了真正利用microRNAs的诊断潜力，我们可以追踪RNA在细胞中的定位，这一点很重要。研究（见这里、这里和这里）已经证明了microRNAs在线粒体等细胞器中的定位及其在心血管疾病、阿尔茨海默病和糖尿病中的潜在作用。在这里，在健康和患病条件下，RNA在细胞内不同细胞器中的定位是否以及如何变化还有待观察。我们希望我们的新方法可以在不破坏细胞分离RNA的情况下进行此类研究。
我们还需要学习什么
人类体内有2500多种microRNAs，确定用于诊断目的的可靠和可重复的microRNAs或一组microRNAs仍有待实现。在大多数疾病中，如癌症和神经退行性疾病，潜在的微小RNA生物标志物被确定用于早期诊断。然而，由于多种生物学和技术原因，microRNAs作为诊断生物标志物的临床翻译仍然存在重大挑战。
在技术方面，目前用于检测分离的microRNAs的方法涉及多个步骤、复杂的反应和昂贵的试剂。然而，由于我们的接吻DNA结构可以检测细胞中的microRNAs，我们热衷于将这一专有技术转化为改进分离的microRNA的检测，以实现早期诊断。一种更快、更便宜的方法
我们技术的优势在于它的简单性。与目前的方法相比，我们的技术消除了对专用仪器、昂贵试剂或复杂多步过程的需求。
此外，这种需要数小时来检测细胞成像中微小RNA的方法可以在30分钟内检测到分离的微小RNA。我们希望利用从人类生物流体或组织中分离出的microRNAs进一步开发这种方法，以实现疾病的早期诊断。在这里，更好地了解microRNAs的生物学特性有助于了解哪些microRNAs可以成为可靠的生物标志物，以及它们在生命周期中在细胞中的可视化作用。DNA银纳米簇的下一步是什么？
我们在这里展示的是，DNA银纳米簇有可能提高我们对生物学的理解。更重要的是，我们已经证明，银纳米簇的荧光特性可以根据DNA的结构进行调节。这为扩大DNA设计以对细胞中的许多生物标志物进行成像开辟了新的可能性。这方面的例子包括细胞中活性氧（ROS）的可视化。ROS是高度反应性的分子，可对细胞和组织造成严重损伤。
在疾病的背景下，过量的ROS可导致氧化应激，作为癌症、糖尿病和神经退行性疾病等疾病的生物标志物。了解和检测ROS水平对于这些疾病的早期诊断和治疗至关重要。我们正在开发DNA银纳米簇，以使这些额外的生物标志物可视化，从而全面了解疾病的发展，并开发工具来检测一组生物标志物，以促进早期疾病诊断。来源：