Coarse-grained model simulation-guided localized DNA signal amplification probe for miRNA detection

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作者
Linghao Zhang,Hongyang Zhao,Huixiao Yang,Xin Su
出处
期刊:Biosensors and Bioelectronics [Elsevier BV]
卷期号:239: 115622-115622 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.bios.2023.115622
摘要

DNA-based enzyme-free signal amplification strategies are widely employed to detect biomarkers in low abundance. To enhance signal amplification, localized DNA reaction units which increases molecular collision probability is commonly utilized. However, the current understanding of the structure-function relationships in localized DNA signal amplification probes is limited, leading to unsatisfied performance. In this study, we introduced a coarse-grained molecular model to simulate the dynamic behavior of two DNA reaction units within a DNA enzyme-free signal amplification circuit called Localized Catalytic Hairpin Assembly (LCHA). We investigated the impact of localized distance and flexibility on reaction performance. The most efficient LCHA probe guided by simulation exhibits sensitivity 28 times greater that of free CHA, with a detection limit of miR-21 reaching 16 pM, while the least effective LCHA probe demonstrated a modest improvement of only 7 times. We successfully employed the optimized probe to differentiate cancer cells from normal cells based on their miR-21 expression levels, showcasing its quantification ability. By elucidating the mechanistic insights and structure-function relationship in our work, we aim to contribute valuable information that can save users' time and reduce costs when designing localized DNA probes. With a comprehensive understanding of how the localization affects probe performance, researchers can now make more informed and efficient decisions during the design process. This work would find broad applications of DNA nanotechnology in biosensing, biocomputing, and bionic robots.
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