适体传感器 快速诊断！重医团队发布结核病研究新成果

快速诊断！重医团队发布结核病研究新成果

新重庆-重庆日报 记者 李珩

2月5日，重庆日报记者了解到，重医附一院呼吸与危重症医学科主任郭述良教授、陈雨晗博士团队联合重庆医科大学药学院白丽娟教授团队，研究构建了一种结核抗原检测新技术，可提高结核病抗原检测的可靠性、灵敏性和特异性，为结核病快速诊断提供了新思路和新技术。

▲论文刊出。受访者供图

该研究成果近日发表在国际期刊《生物传感器和生物电子学》上，题为《基于C60NPs和Au@Pt修饰的MXene纳米复合物用于结核分枝杆菌ESAT-6抗原检测的双信号电化学适体传感器》。

据了解，结核病是由结核分枝杆菌侵入人体后引起的一种具有传染性的慢性消耗性疾病，是亟待解决的公共卫生安全问题之一。“快速有效的结核病诊断方法，对控制结核病的传播以及及时采取正确的防控措施具有重要作用。”郭述良说，结核特异性抗原的检测不受宿主免疫功能状态的影响，可以作为结核分枝杆菌感染的直接证据，在结核病的早期筛查和诊断中具有很高的应用价值。然而，由于检测技术的不成熟，常导致误诊和不当治疗。

为解决这一难题，研究团队创新性地利用适配体识别技术联合电化学分析技术，以结核分枝杆菌特异性分泌抗原ESAT-6作为靶标，构建了一种结核抗原检测新技术。“我们把基于碳氮化物的新型纳米材料作为纳米放大和电信号产生器，采用双适配体构建夹心结构，有效避免了生物识别过程中的干扰，减少了假阳性结果的产生，从而提高结核病抗原检测的可靠性、灵敏性和特异性。”郭述良介绍，临床样本验证显示，本研究中所构建的新技术具有更好的特异性，准确性和诊断效能，将为结核病快速诊断带来新的前景。

基于适体的电化学生物传感器在白血病生物标志物检测中的应用

今天给大家介绍一篇来自Toto Subroto课题组的工作，这篇综述总结了用于白血病的适配体类型以及使用基于电化学适配体的生物传感器对白血病的诊断发展。最后文章也讨论了基于白血病的适配体传感器的挑战和潜在应用。

【背景概述】

白血病是一种致命的癌症疾病，根据世界卫生组织（WHO）的数据，2018年全球有437,033例病例。这种癌症的症状是隐藏的且在临床上不可见，因此很难尽早发现。常规的白血病检测方法非常昂贵且费时，因此需要一种简单，灵敏且快速的方法。电化学生物传感器是一种替代方法，已显示生物受体修饰可提高生物传感器的性能。目前，适配体是诊断白血病发展的潜在分子探针。通过指数富集的系统进化（SELEX）方法获得选择的适配体。与抗体相比，适配体的毒性低，易于修饰，稳定性高，容易渗透组织，生产成本低。此外，适配体作为生物传感器的技术是对独特细胞的选择性过程。当与分子或生物标记物特异性结合时，它具有高亲和力，选择性和敏感性，适配体具有在nM至pM范围内的解离常数。

【适配体的选择方法】

典型的核酸适配体的筛选过程主要包括三个步骤：（1）结合：即靶标与随机寡核苷酸文库孵育，形成核酸适配体-靶标复合物。（2）分离：即通过特定的方法，如离心、滤膜过滤等分离结合靶标和未结合靶标的核酸适配体分离开。（3）扩增：即对获得的能与靶标特异性结合的核酸适配体序列进行扩增，生成次级文库，进行下一轮的筛选。

然而传统的SELEX方法操作繁琐，筛选周期长，需要几个月的时间才能筛选出与靶标具有特异性的核酸适配体。随着SELEX的快速发展，近年来出现了很多新型的筛选方法，这些新的方法大大提高了筛选周期和筛选效率，拓展了核酸适配体的应用，如以提高核酸适配体选择性为目的的筛选方法：免疫沉淀筛选（immunoprecipitation-coupled SELEX)、细胞筛选（cell SELEX)、捕获筛选（capture SELEX)、原子力显微筛选(AFM-SELEX)、微流控筛选（microfluidic SELEX）、人工扩展遗传信息系统筛选（AEGIS-SELEX)、动物筛选（animal SELEX），这些筛选方法的优缺点如下表所示。

表1 不同的适配体筛选方法的优缺点

【电化学适配体传感器】

生物受体用于样品和分析物检测，例如酶、蛋白质、抗体、细胞或几种生化化合物。相比之下，在适配体电化学传感器上，适配体作为生物受体。生物受体选择性地与样品和分析物相互作用并产生测量特定信号 ，电化学适配体传感器 的示意图如图 3 所示，电化学生物传感器用于检测样品和分析物的体积和浓度（生物和化学样品）。电化学生物传感器是一类以电极作为信号转换器，以电位或电流加以测量的生物传感器。电化学体系借助电极实现电能的输入或输出，从而获得电极表面修饰物质的电信号，常用的为三电极体系。三电极体系包括工作电极、辅助电极(也称对电极）和参比电极， 其中的对电极是钼电极，参比电极是饱和甘汞电极，工作电极为金电极，电流流经工作电极和对电极。工作电极所测得的电位是相对于参比电极而言。电化学方法作为一种分析检测方法，具有设备低廉、灵敏度高、简便快捷等优点。其中，方波伏安法具有很高的灵敏度，因此常应用于高灵敏度的检测。金纳米颗粒 (AuNPs) 的锚定和掺入可以增加中心和电极之间的电子转移，这使得 AuNPs 成为理想的生物受体之一。AuNPs 的电子特性在几种化学反应中具有良好的电催化作用 。利用SPCE中AuNPs电沉积的循环伏安法，工作电极会增加活性电极的表面积，这些生物受体能够固定在修饰的 SPCE 中。

图1 不同的生物受体中电化学生物传感器的工作原理示意图

丝网印刷电极（SPGE）的适配体传感器可用于 HER2 检测（乳腺癌生物标志物）。费雷拉等人使用 HER2 适配体构建了两个检测器平台，第一个平台使用适体和巯基-6-己醇 (MCH)，而第二个平台使用具有相同组成的 1,6-己硫醇 (HDT)。两个都在 SPGE 表面上制作平台（图 4）。这些电极分别在缓冲溶液中的 LOD 值为 179 pg/mL 和 172 pg/mL。这些电极上使用 MCH 和 HDT 旨在减少分析物中其他化合物的非特异性吸附，并增加繁殖力和杂交效率，HDT为一个表面不平整的位置创造了连接处。

图2 丝网印刷电极（SPGE）的适体传感器

【电化学适配体传感器在白血病检测的应用】

急性白血病是儿童和青年中最常见的一种恶性肿瘤，对儿童身体健康的危害极大，其早期诊断对有效治疗具有十分重要的意义。传统诊断方法多依靠肿瘤组织或细胞形态上的变化 来进行的，但判断难度大、准确率低，而且一旦在组织及细胞形态上确定癌症发生，往往已 进入中晚期，难以进行有效治疗。由于癌细胞变化的过程主要是由复杂的分子水平的变化所 诱导的，因此研究分子水平上的差异，对此水平的标志性物质进行灵敏及特异性识别和检测，有望实现癌症的高效早期诊断。

有研究人员在金电极上固定两种分别修饰有电活性物质(二茂铁、亚甲基蓝)的标志物的报告探针-适体双链，在溶菌酶和γ-干扰素存在下两者分别与双链中的适体结合，两报告探针的构象分别发生变化从而引起相应报告探针链上修饰的电活性物质与电极之间的距离变化，从而电流响应发生改变。本发明结合适体识别技术，所制备的传感器具有极高的选择性，可以同时实现溶菌酶和γ干扰素的高灵敏度检测；检测时仅需对样品简单处理，节省了检测时间，降低了检测成本，是一种快速、廉价且灵敏的检测方法，将促进急性白血病早起诊断及分型的发展。

图3 电化学适配体传感器原理示意图

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