Biosens Bioelectron构建NIR-II POCT技术平台用于肿瘤标志物高灵敏快速检测

2023-01-04 15:11

恶性肿瘤已经成为一项全球公共卫生问题。在中国，恶性肿瘤的发病率和死亡率均呈逐年上升态势，每年所致的医疗花费超过 2200亿。我国在《“健康中国2030”规划纲要》中明确提出：针对高发地区重点癌症开展早诊早治工作，推动癌症机会性筛查，计划到2030年实现总体癌症5年生存率提高15%。实现肿瘤早期大规模筛查离不开灵敏、准确且便捷的检测新技术，尤其对于医疗条件薄弱的基层和偏远地区更为迫切需要。

      作为全球体外诊断市场最具发展潜力的领域之一，POCT（Point of Care Testing，又称即时诊断），正处于快速成长阶段。荧光免疫层析是一种常用的POCT 技术，具有操作简单、分析速度快、样本用量少、灵敏度较高等优点，在诸多领域应用广泛。荧光染料是影响该技术平台分析性能的核心因素。然而，目前该平台所使用荧光染料的发射波长基本位于可见光区（400-700 nm）或近红外I区（700-900 nm），其荧光穿透性较差，荧光量子效率不高、激发和发射光谱容易产生重叠，最为主要是的难以有效避免生物样本带来的自体荧光干扰问题，从而制约了现有技术平台性能的提升和发展。

      针对上述问题，烟台新药创制山东省实验室药械融合中心程震课题组于近日在国际知名学术期刊Biosensor & Bioelectronics（IF：12.545）在线发表了近红外荧光POCT领域最新研究成果“NIR-II fluorescent nanoprobe-labeled lateral flow biosensing platform: A high-performance point-of-care testing for carcinoembryonic antigen”。该研究设计将在近红外二区（NIR-II，1000-1700 nm）具有荧光双发射波长、斯托克斯位移大（Stokes）、量子效率高、光稳定性好的稀土纳米微球（RENPs）引入到荧光免疫层析平台中构建了全新的近红外荧光 POCT技术平台（NIR-II POCT），并以广谱性肿瘤标志物-癌胚抗原（CEA）作为模型分析物，实现了血清样本中CEA高灵敏快速检测。

      研究团队首先利用高温热分解法制备了形状规则、粒径均一且分散性良好的RENPs，并调节其中稀土元素Nd掺杂比，使其发光性能达到最优。借助多种表征手段对其形貌、粒径、组成成分及光谱学性质进行研究。然后，将RENPs表面功能化修饰并标记CEA检测抗体（CEA23）得到荧光标记物（RENP@CEA23），并将其均匀喷涂到玻纤上制备成荧光结合垫。接下来，将包被有捕获抗体（CEA100）的NC膜、样本垫、荧光结合垫和吸水纸按照特定顺序层层组装，构建成新型的NIR-II POCT技术平台（图1）。在优化关键工艺条件的基础上，将CEA血清质控品加入到制备好的试剂中从而完成系统的分析方法学研究和临床样本对比评价研究。研究结果显示基于该技术平台开发的CEA检测方法具有较宽的线性检测范围（1-320 ng/mL），检测限低至0.37 ng/mL，是临床Cutoff值的13.5倍，能够很好地满足临床诊断需要。该方法的批内和批间不精密度均低于11%，与几种常见肿瘤标志物的特异性达99%以上。该方法的检测时间仅需要8 min，和现有检测方法（15 min）相比，具有更快的检测速度，有助于提高基层患者疾病的筛查效率。此外，在临床样本检测的对比评价研究中，该NIR-II POCT法的检测结果与临床化学发光法的检测结果也展现了良好的一致性（R = 0.9999）。

      本研究构建的新型NIR-II POCT技术平台不仅可以实现生物样本中肿瘤标志物的高灵敏、准确、快速、低成本且便捷的检测，而且也为临床其他常见重大疾病（传染性疾病、心脑血管疾病、糖尿病等）的生物标志物检测提供了基础。

图1 基于NIR-II POCT 技术平台检测肿瘤标志物CEA策略示意图

      烟台新药创制山东省实验室与上海药物所联合培养博士后宋兆瑞和高级工程师索永宽为共同第一作者，程震研究员是唯一通讯作者，高研院为第一通讯单位。该研究获得了中科环渤海（烟台）药物高等研究院自主部署项目和山东省自然科学青年基金项目的资助。

      全文链接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2023.115063

（供稿部门：程震课题组；供稿人：宋兆瑞）