團隊開發(fā)無線便攜式淚液分析傳感器，通過眼淚靈敏檢測眼病
眼淚是由淚腺分泌的，其在全身循環(huán)并接觸到身體的各個器官和組織。眼淚含有蛋白質(zhì)、多肽、脂質(zhì)、代謝物和電解質(zhì)，可以作為多種疾病的生物標(biāo)志物，不僅包括眼部疾?。ɡ绺裳劬C合癥、角膜炎、夜盲癥、急性結(jié)膜炎等），還包括系統(tǒng)性疾?。ɡ绨┌Y、糖尿病、帕金森病、阿爾茨海默病、囊性纖維化和多發(fā)性硬化癥等）。此外，與血液檢測相比，淚液分析更加方便、無創(chuàng)，且患者耐受性好。因此，淚液分析已成為臨床監(jiān)測健康的常規(guī)檢查。
然而，現(xiàn)有的淚液分析方法面臨著三大障礙：1）淚液中目標(biāo)分子的濃度極低（通常在皮摩爾水平）；2）可收集的淚液量很?。▋H微升水平）；3）同時檢測多種生物標(biāo)志物有困難。這些挑戰(zhàn)不可避免地導(dǎo)致了不準(zhǔn)確的診斷。此外，基于質(zhì)譜和或免疫分析的方法通常需要大型分析實驗室設(shè)備，這使得POCT即時檢測變得困難。
近日，復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院洪佳旭主任醫(yī)師與蘇州大學(xué)功能納米與軟物質(zhì)研究院王后禹教授、何耀教授合作，在 Advanced Materials 期刊發(fā)表了題為：Framework Nucleic Acids Combined with 3D Hybridization Chain Reaction Amplifiers for Monitoring Multiple Human Tear Cytokines 的研究論文。
該研究開發(fā)了一種無線便攜式淚液分析傳感器，僅需3mL淚液即可靈敏檢測淚液中的干眼綜合癥（DES）相關(guān)的四種細胞因子（IFN-γ、IL-6、TNF-α、MMP-9），檢出限低至0.1 pg/mL。該研究為開發(fā)個性化、準(zhǔn)確診斷多種眼病的淚液傳感器奠定了基礎(chǔ)。
在這項研究中，研究團隊開發(fā)了一種無線便攜式淚液分析傳感器，可以對淚液中的四種細胞因子——干擾素-γ（IFN-γ）、白細胞介素-6（IL-6）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和基質(zhì)金屬蛋白酶-9（MMP-9）進行靈敏的定量分析。這四種淚液細胞因子與干眼癥（DES）密切相關(guān)。
該傳感器的檢測策略基于DNA四面體框架（DTF）與三維雜交鏈反應(yīng)（3D-HCR）放大器的偶聯(lián)。近期，框架核酸使制造用于癌癥診斷、藥物遞送、生物計算和智能治療的多維有序納米結(jié)構(gòu)成為可能。此外，雜交鏈反應(yīng)（HCR）提供了在各種環(huán)境中對分子信號進行多重、等溫、無酶放大的解決方案，因此已被用于生物檢測、原位成像和DNA納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。然而，其在淚液分析中的應(yīng)用仍存在空白。
在這項新研究中，研究團隊利用DNA四面體框架（DTF）有效地捕獲了具有可控多分支臂的3D-HCR產(chǎn)物。3D-HCR產(chǎn)物的組裝由特定細胞因子觸發(fā)，傳統(tǒng)的1D-HCR具有不可控多分支臂，表現(xiàn)出相對較低的擴增效率，而3D-HCR產(chǎn)物顯示出11.0倍的電化學(xué)信號增強。3D-HCR器件能夠以100pg/mL、1pg/mL、1pg/mL和0.1pg/mL的檢測限對MMP-9、IFN-γ、IL-6和TNF-α進行靈敏檢測，且僅需3mL眼淚。
研究團隊使用所開發(fā)的傳感器和商業(yè)ELISA試劑盒對臨床干眼癥（DES）樣本進行的雙盲測試顯示，兩者之間沒有顯著差異。與單一生物標(biāo)志物診斷相比，基于多種生物標(biāo)志物的這種傳感器的診斷準(zhǔn)確性提高了約16%。
總的來說，該研究所開發(fā)的系統(tǒng)為淚液傳感器提供了潛力，促進了各種眼病的創(chuàng)新診斷方法的開發(fā)，有望實現(xiàn)對各種眼病的個性化和準(zhǔn)確診斷。長期以來，洪佳旭主任和何耀教授團隊圍繞角膜病的關(guān)鍵臨床問題展開攻關(guān)，相關(guān)藥物和器械研發(fā)均已推進至臨床研究階段，建立了良好的“臨床-科研-轉(zhuǎn)化”協(xié)作范式。
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