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香港中文大学(深圳)刘国珍教授 & 中山大学肿瘤防治中心宋立兵研究员团队:一种超灵敏核酸滚环扩增技术及其在便携式宫颈癌早筛的应用

2026-05-09 10:00:33

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Aggregate《聚集体》致力于发表聚集体科学领域的基础和应用研究，涵盖材料化学、物理、生物、应用工程等广泛领域的重要进展和创新性成果。

Aggregate 在科睿唯安发布的期刊引证报告（JCR）中，连续四年位列“化学：综合”，“物质化学”和“材料科学：综合”三个学科Q1区，期刊最新影响因子为13.7；在2025年中国科学院文献情报中心期刊分区表中，位列化学大类一区TOP，并进入三个小类一区！

Aggregate 的收稿范围广泛，单分子或离子层次之上相关研究成果均符合期刊收稿范围，包括但不限于：有机聚集体、无机功能材料、有机 / 无机杂化体系、高分子聚合物、纳米粒子、低维材料、金属有机骨架、超分子组装体、刺激响应体系、清洁能源、光电器件、光伏电池、发光材料、化学传感、生物探针、医学成像、疾病诊疗、药物递送等众多前沿领域。

文章信息

通讯作者：刘国珍（香港中文大学<深圳>），宋立兵（中山大学肿瘤防治中心）

作者：龙轶，陶书蕊，施东妮，蒋兴宇，余湉，龙滢西，宋立兵*，刘国珍*

Keywords：

cervical cancer screening

HPV mRNA

nucleic acid-based aggregation

point-of-care detection

rolling circle amplification

sensitivity

原文链接：

https://doi.org/10.1002/agt2.569

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文章简介

人乳头瘤病毒 (HPV) 的持续感染是导致妇女患宫颈癌并导致死亡的主要原因之一。由于缺乏可用的疫苗或进行大规模筛查计划的资源，在低收入和中等收入国家中，有90%的宫颈癌患者与死亡率相关。因此，发展对致癌HPV的现场即时检测 (POCT) 技术对于在医疗资源匮乏地区的预防宫颈癌方面至关重要。目前商业方法需要复杂的实验步骤和熟练的技术人员以及高配备的实验室，不适合POCT。

滚环扩增技术 (RCA) 由于核酸信号扩增效率高、无需加热和操作简单等优势，被认为是最重要和广泛应用的等温核酸扩增技术之一。目前提高RCA核酸检测灵敏度的通用策略是将RCA与其他酶反应集成，但是该过程会引入了额外的背景信号，而且会延长测量时间。利用非发光染料，集成聚集诱导发射现象到RCA已经显示出在实现实时定量RCA (RT-qRCA) 检测方面特有的潜力，这些染料在与单链DNA (ssDNA) 相互作用后会发出荧光，从而达到检测的目的。尽管目前在研究RCA产物与聚集方面取得了显著进展，但基于RCA的环状模板结构对提高检测灵敏度和效率及多种材料的聚集行为的影响尚且未知。虽然目前已有一些开发的RCA技术无需与其他反应耦合便可提高扩增效率和检测灵敏度，然而，这些技术复杂且缺乏通用性，不适合POCT的检测目的。

在本研究中，作者设计了一种具有最少二级结构的核酸环状模板进行RCA反应，命名为MSS-RCA，结合聚集诱导发射现象，提高核酸扩增效率和检测灵敏度。在蔗糖酶探针的作用下，产生的荧光信号转化为能被便携式葡萄糖仪 (PGM) 读取的电化学信号，实现高灵敏、便携式宫颈癌致癌基因HPV mRNA的检测，用于宫颈癌早筛。

作者首先通过将DNA结合染料 (SYBR Gold和SYBR Green I) 染色反应产物，在扩增动力学上比较了MSS-RCA与传统的具有二级结构的SS-RCA。与SS-RCA相比，MSS-RCA展现出不同的扩增动力学模式，并在引物浓度较低的情况下表现出更高的扩增效率和更高的灵敏度。该研究进一步在磁珠 (MBs) 上实现了MSS-RCA，并通过制备ssDNA修饰的蔗糖酶作为催化信号转导探针，实现了基于便携式PGM的电化学信号采集。在目标序列存在的情况下，与目标序列互补的一组探针被固定在MBs上引发MSS-RCA并产生长的单链DNA重复序列用于蔗糖酶探针的固定。随后，RCA扩增产物上的蔗糖酶探针催化蔗糖水解生成葡萄糖，继而被PGM读取检测信号。MSS-RCA-PGM检测系统能够在约2小时内检测到5 fM (10 μL中的50 zmol) 的合成E6/E7 cDNA，并具有高特异性，可用于区分单核苷酸多态性。MSS-RCA-PGM系统的可靠性通过检测54份宫颈癌患者临床样本的E6/E7 cDNA进一步验证；这个检测系统与RT-qPCR之间观察到高度一致性。该检测系统充分利用了MSS-RCA和蔗糖酶的特性，提高了核酸检测的灵敏度，并通过便携式PGM读数直接量化核酸，从而为低成本 (低于30美元) 现场检测HPV核酸提供了一种新策略，MSS-RCA-PGM检测平台简单、通用且可根据终端用户需要进行个性化编程，可用于检测多种生物标志物，在资源欠缺的环境中具有强大的应用潜力。

图1. (A) MSS-RCA和传统SS-RCA的DNA合成特性示意图以及二者在检测效率的对比; (B) MSS-RCA-PGM系统检测临床样本中的HPV E6/E7基因

以上研究论文以“Special RCA based sensitive point-of-care detection of HPV mRNA for cervical cancer screening”为题发表于 Aggregate 期刊，论文的共同第一作者为香港中文大学 (深圳) 龙轶博士、陶书蕊，和中山大学肿瘤防治中心的施东妮博士和蒋兴宇。论文的通讯作者为香港中文大学 (深圳) 刘国珍教授和中山大学肿瘤防治中心的宋立兵研究员。

(Aggregate 2024, e569. https://doi.org/10.1002/agt2.569)

通讯作者

刘国珍，香港中文大学 (深圳) 医学院教授，博士生导师。刘国珍教授带领的集成器件和智能诊断 (Integrated Devices and Intelligent Diagnosis，ID²) 研究团队主要从事生物医学工程交叉学科和可转化生物技术的研究，一直致力于开发和研究前沿的生物传感器技术、体外诊断技术、微流控芯片技术、智能纳米技术、及医疗器械来精准诊疗、管理及预防慢性病 (如糖尿病、神经退行性疾病及衰老等)。2016年获得澳大利亚未来学者 (ARC Future Fellow) 人才称号。凭借在神经炎症精准诊疗的突出贡献, 刘教授获得2020年度乔治娜斯威特定量生物医学女科学家奖；2022和2023连续两年入选全球前2%顶尖科学家榜单及全球学者学术影响力排行榜。近年来她在国际学术期刊发表SCI论文160余篇。通过与国内外生物科技公司 (如AstraZeneca, BioLegend, AgaMatrix, Regeneus，博雅生命，凯普生物等) 合作，拥有丰富的产学研经历，拥有多项国际专利。

刘国珍教授课题组链接：

http://www.x-mol.com/groups/liu_guozhen

宋立兵，研究员，中山大学肿瘤防治中心教授，华南恶性肿瘤防治全国重点实验室PI。宋立兵研究员及团队长期从事肿瘤分子标志物筛选和发病机制的研究工作。共发表SCI论文156篇，IF大于10共84篇，总引用次数达到7000余次，H-index指数56，其中通讯/第一作者论文85篇。主要研究成果发表在 Nat Cell Biol、J Clin Invest、J Exp Med、GUT、Gastroenterology、Nat Commun、Cell Res 等国际主流期刊。共主持国家/省部级基金20余项，包括国家重点基础研究发展计划项目、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金重大研究计划等。研究成果获得中华医学奖、教育部奖、广东省自然科学技术奖及广东省丁颖科技奖等多项奖项，并获得国际及国家发明专利授权10项。2020年至2023年连续四年入选“中国高被引学者”榜单，连续两年入选全球前2%顶尖科学家榜单。

宋立兵研究员课题组链接：

http://sysucc.org.cn/node/7647

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