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マイクロRNA（miRNA）は、癌などの病気のバイオマーカーとして使用できる生理学的状態関連分子です。miRNAのポイントオブケアテスト（POCT）は、疾患の早期診断とプロセスモニタリングにおいて大きな応用の可能性があります。この論文では、microRNA-21（miRNA-21）の高速およびデュアル信号出力検出を、個人グルコースメーター（PGM）と蛍光分光計の両方を使用して確立しました。このようなアッセイプロトコルでは、デュアル機能のヘアピン構造がmiRNA-21を認識し、レポーターアデノシン単リン酸（AMP）のキャリアとして機能するように合理的に設計されました。ヘアピン構造は、ターゲットmiRNA-21とのハイブリダイゼーション後、エキソヌクレアーゼT（exo T）によって特異的に分解され、レポーターとして大量のアンプを放出します。次に、4つの酵素と対応する基質で構成されるスマート信号変換機械を使用して、酵素カスケード反応を介してデュアル出力信号を生成しました。機械には、アデノシン三リン酸（ATP）生成システムとグルコース消費/NADPH生産システムの2つの部分が含まれています。前者のステップで生成されたアンプは、ATPの生産を引き起こし、その後グルコースの消費とNADPHの生産を引き起こします。グルコースとNADPHの両方の変化は、miRNA-21の濃度に比例し、それぞれPGMと蛍光分光計によって決定できます。その上、ビルドイン基質リサイクルメカニズムは、カスケード酵素反応の信号増幅を達成します。最適な実験条件下では、PGM信号は、5〜150 nmの範囲のmiRNA-21の濃度と直線的に相関し、検出限界（LOD）は3.65 nmです。蛍光検出モードのLODは、0.03 nmにさらに下げられます。miRNA-21スパイクの血清サンプル、およびがん患者の実際の血清サンプルは、この検出戦略によって成功裏に検出されました。したがって、確立されたアッセイは、がん診断と予後のためのPOCTソリューションを提供します。
マイクロRNA（miRNA）は、癌などの病気のバイオマーカーとして使用できる生理学的状態関連分子です。miRNAのポイントオブケアテスト（POCT）は、疾患の早期診断とプロセスモニタリングにおいて大きな応用の可能性があります。この論文では、microRNA-21（miRNA-21）の高速およびデュアル信号出力検出を、個人グルコースメーター（PGM）と蛍光分光計の両方を使用して確立しました。このようなアッセイプロトコルでは、デュアル機能のヘアピン構造がmiRNA-21を認識し、レポーターアデノシン単リン酸（AMP）のキャリアとして機能するように合理的に設計されました。ヘアピン構造は、ターゲットmiRNA-21とのハイブリダイゼーション後、エキソヌクレアーゼT（exo T）によって特異的に分解され、レポーターとして大量のアンプを放出します。次に、4つの酵素と対応する基質で構成されるスマート信号変換機械を使用して、酵素カスケード反応を介してデュアル出力信号を生成しました。機械には、アデノシン三リン酸（ATP）生成システムとグルコース消費/NADPH生産システムの2つの部分が含まれています。前者のステップで生成されたアンプは、ATPの生産を引き起こし、その後グルコースの消費とNADPHの生産を引き起こします。グルコースとNADPHの両方の変化は、miRNA-21の濃度に比例し、それぞれPGMと蛍光分光計によって決定できます。その上、ビルドイン基質リサイクルメカニズムは、カスケード酵素反応の信号増幅を達成します。最適な実験条件下では、PGM信号は、5〜150 nmの範囲のmiRNA-21の濃度と直線的に相関し、検出限界（LOD）は3.65 nmです。蛍光検出モードのLODは、0.03 nmにさらに下げられます。miRNA-21スパイクの血清サンプル、およびがん患者の実際の血清サンプルは、この検出戦略によって成功裏に検出されました。したがって、確立されたアッセイは、がん診断と予後のためのPOCTソリューションを提供します。
MicroRNAs (miRNAs) are physiological status-related molecules which can be used as biomarkers for diseases, such as cancers. The point-of-care testing (POCT) of miRNAs has great application potential in early diagnosis and process monitoring of diseases. In this paper, a fast and dual signal outputs detection for microRNA-21 (miRNA-21) was established by using both personal glucose meter (PGM) and fluorescence spectrometer. In such an assay protocol, a dual-functional hairpin structure was rationally designed to recognize miRNA-21 and serve as the carrier of the reporter adenosine monophosphate (AMP). The hairpin structure can be specifically degraded by exonuclease T (Exo T) after hybridization with the target miRNA-21, releasing a large amount of AMP as the reporter. Then a smart signal conversion machinery composed of four enzymes and the corresponding substrates was employed to produce dual output signals through enzymatic cascade reactions. The machinery includes two parts: an adenosine triphosphate (ATP) generation system and a glucose consumption/NADPH production system. The produced AMP in the former step triggers the production of ATP, and subsequently the consumption of glucose and the production of NADPH. The changes of both glucose and NADPH are proportional to the concentration of miRNA-21, and can be determined by PGM and fluorescence spectrometer, respectively. Besides, the build-in substrate-recycling mechanism achieves signal amplification of the cascade enzymatic reactions. Under the optimal experimental conditions, the PGM signal is linearly correlated with the concentration of miRNA-21 in the range from 5 to 150 nM, with the limit of detection (LOD) of 3.65 nM. The LOD of fluorescence detection mode is even lowered to 0.03 nM. The miRNA-21-spiked serum samples, as well as the actual serum samples from cancer patients, have been successfully detected by this detection strategy. Thus the established assay provides a POCT solution for cancer diagnosis and prognosis.
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