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摘要急性肾损伤(Acute kidney injury,AKI)是由各种病因引起的短时间内肾功能突然下降的临床综合症，其中肾缺血再灌注损伤(Ischemia-reperfusion injury,IRI)是一种常见的临床危重病症，亦是AKI和同种异体肾功能不全的主要原因，一般外伤或肾移植等手术造成的大出血都会引起肾脏内血流减少从而引起IRI的发生。目前临床上主要是通过排尿量、血液检测中血清肌酐或者组织活检中相关生物标志物来诊断AKI,但其缺乏灵敏性和特异性。与传统医学影像手段相比，光学成像具有较高的特异性和灵敏度，可以在分子水平提供AKI发生和发展的定位、定性及定量信息。然而，现有的光学成像探针的诊断时间仍然较长，不利于早期诊断。框架核酸具有空间寻址性和序列依赖性识别的优势，能够将功能元件精确地定位于DNA结构上，从而控制相关的生化过程。因此，使用DNA纳米结构作为模板,将有助于制造出新型的功能材料。其中DNA折纸由于其具有可编程性、结构多样性、较高的稳定性及良好的生物安全性等性能，为其靶向和干预特定生物过程提供了可能性，有望解决一些生物医学难题。<br>　　因此，本论文的工作以“发展基于DNA折纸纳米天线的诊疗平台用于肾脏相关疾病的准确诊断与智能治疗”作为研究方向。首先制备得到了可特异性靶向肾脏部位及激活近红外二区(Second near-infrared,NIR-Ⅱ)光声(Photoacoustic,PA)信号的DNA折纸纳米天线用于缺血性AKI的检测及智能治疗，然后进一步发展了具有双信号平台的DNA折纸纳米天线传感器用于体外双重定量检测移植肾IRI的生物标志物。本硕士论文的具体章节如下:<br>　　第一章:首先，介绍了肾脏相关疾病的危害及现阶段检测治疗的常用方法和研究现状;其次，论述了 DNA折纸纳米结构构建的方法及相关发展历程;随后，概述了 DNA折纸纳米结构在生物医学中成像检测及药物递送的应用;紧接着，介绍了 PA成像及其造影剂的研究进展;最后阐述了本论文的立题依据、意义及主要研究内容。<br>　　第二章:设计并合成了一种新型的microRNA(miRNA)响应型DNA折纸纳米天线，能够对AKI进行早期诊断和智能治疗。DNA折纸纳米天线由两个微型金纳米棒(Au nanorods,AuNRs)(长度:～48nm;宽度:～9nm),通过矩形DNA折纸纳米结构(Rectangular DNA origami nanostructures,rDONs)支架(长:～90 nm;宽:～60 nm)连接而成。该DNA折纸纳米天线的表面等离子体共振峰位于NIR-Ⅱ窗口内(～1060 nm),从而保证了 DNA折纸纳米天线在深层组织中的PA成像。通过利用rDONs的肾脏靶向能力，该DNA折纸纳米天线在健康小鼠和缺血再灌注诱导的AKI小鼠肾脏中均可特异性富集。与健康小鼠相比，缺血性AKI小鼠肾脏内部miRNA-21(miR-21)呈现高表达。该DNA折纸纳米天线在miR-21介导的链置换反应下发生二聚体(dimer)分离，从而导致其PA信号的降低。DNA折纸纳米天线对于miR-21的检测限(Limit of detection,LOD)为2.8nM,能够在缺血再灌注处理10分钟后即可发生信号的变化。此外，rDONs可以清除更多的活性氧(比纳米天线高1.5倍)，以缓解缺血性AKI。该策略为AKI的早期诊断和智能治疗提供了新途径。<br>　　第三章:构建了一种基于PA和荧光的双信号DNA折纸纳米传感器，用于体外检测miR-21及颗粒酶B(Granzyme B,GzmB)。在DNA折纸纳米天线(rDONs@AuNR dimer)的基础上，通过在rDONs两侧交联的AuNRs上进一步修饰GzmB的特异性多肽底物，共同构建成GzmB-rDON@AuNR dimer。在miR-21和GzmB共同存在的情况下，一方面，miR-21介导的分子信标的链置换反应致使GzmB-rDON@AuNR dimer两侧AuNRs的分离，从而引起PA信号的降低;另一方面，GzmB对特异性多肽底物位点进行酶活性催化切割以释放荧光报告分子，从而放大荧光信号。在体外PA信号与miR-21浓度呈线性关系，LOD为2.84 nM;荧光信号与GzmB浓度亦呈线性关系，LOD为17.5 μg/mL。这种双信号平台可用于多种信号分子的体外定量和精准检测。MiRNA及蛋白酶双靶标的存在降低了相关疾病检测假阳性的概率。此外，rDON@AuNR dimer延长了游离多肽底物的血液循环半衰期，为其体内成像提供了新策略。<br>　　第四章:首先，总结了本论文所发展的基于DNA折纸的多功能纳米探针的特点及其在肾脏相关疾病中的应用;其次，讨论了本论文的研究内容和需要改进的地方;最后，展望了基于DNA折纸的多功能纳米探针在移植肾IRI模型中的应用。<br>　　综上所述，本硕士论文重点发展并构建了具有响应性和特异性靶向肾脏的多功能DNA折纸纳米探针，并探索研究了它们用于肾脏相关疾病早期灵敏检测和智能治疗的可能性。本研究所提出的策略将促进AKI的创新诊断和智能治疗。