廣東藥科大學(xué)研發(fā)用于生物標記物的電化學(xué)生物傳感器

電化學(xué)生物傳感器為基因分析、疾病診斷和藥物評價等領(lǐng)域提供了一種便攜、廉價檢測生物分子的新工具。我校新藥研發(fā)中心張陸勇/孫端平研究團隊瞄準重大疾病的早期診斷和藥物篩選新方法，構(gòu)建一系列新型的電化學(xué)生物傳感器用于生物標記物的超高靈敏檢測，相關(guān)研究成果以廣東藥科大學(xué)為第一單位和通訊單位，近期陸續(xù)發(fā)表于Biosensors and Bioelectronics (中科院一區(qū), IF: 10.257, 2篇)、ACS Applied Materials & Interfaces (中科院一區(qū), IF: 8.758)、Sensors and Actuators B: Chemical (中科院一區(qū), IF: 7.1)、Electrochimica Acta (中科院二區(qū), IF: 6.215)和Analytica Chimica Acta (中科院二區(qū), IF: 5.977)，其中兩篇論文入選當期雜志封面論文。

肌鈣蛋白(cTnI)是目前廣泛應(yīng)用于臨床檢測心衰、心梗等疾病的生物標志物。cTnI是心肌組織特有的一種調(diào)節(jié)蛋白，當心肌受損時游離型cTnI首先逸出細胞進入血液循環(huán)而被檢測出，并隨心肌損傷加重，cTnI血清濃度逐漸升高。該團隊構(gòu)建了一種無酶的電化學(xué)適配體傳感器用于cTnI的高靈敏檢測。首先將DNA四面體納米結(jié)構(gòu)結(jié)合兩種核酸適配體Tro4和Tro6，通過硫-金鍵結(jié)合在電極表面作為捕獲探針，調(diào)控金電極表面探針的密度和取向，提高cTnI的捕獲效率。隨后使用比表面積大和催化活性強的磁性金屬有機框架，構(gòu)建適配體功能化納米探針。最后通過層層組裝法在電極表面構(gòu)建超級三明治夾心結(jié)構(gòu)，通過電化學(xué)信號放大實現(xiàn)對cTnI的高靈敏檢測。本方法具有良好選擇性和重現(xiàn)性，檢測范圍為0.05–100 ng/mL，檢出限達16 pg/mL，與傳統(tǒng)ELISA方法結(jié)果吻合，有較好的市場推廣應(yīng)用價值。相關(guān)研究成果發(fā)表于Biosensors and Bioelectronics, 2019, 134, 49-56和Biosensors and Bioelectronics, 2019, 142, 111578。

圖1 電化學(xué)適配體傳感器用于cTnI的超靈敏檢測

基于循環(huán)腫瘤細胞檢測的液體活檢技術(shù)具有腫瘤分子信息全、侵入性小、成本低等優(yōu)勢，在癌癥診斷和個體化藥物治療等方面具有重大意義。應(yīng)Analytica Chimica Acta期刊編輯邀請，孫端平博士從檢測循環(huán)腫瘤細胞的常規(guī)方法出發(fā)，結(jié)合本研究團隊的前期工作基礎(chǔ)，詳細分析討論了電化學(xué)細胞傳感器在癌癥精準診斷、用藥指導(dǎo)以及藥物開發(fā)的應(yīng)用前景。相關(guān)成果發(fā)表于Analytica Chimica Acta, 2019, 1082, 1-17，并入選當期封面文章(Outside Front Cover)和主題文章(Feature Article)。Elsevier旗下新聞網(wǎng)New chemistry research撰寫題為“Using cancer to find tumours”的新聞進行亮點報道。該邀稿綜述的發(fā)表標志著我校張陸勇教授研究團隊在電化學(xué)生物傳感器相關(guān)前沿性研究工作受到了國際優(yōu)秀期刊的認可和國際同行的關(guān)注。

圖2 Outside Front Cover for Analytica Chimica Acta, 2019, 1082, 1-17

活性氧化物(ROS)是一種重要的細胞內(nèi)信號分子，在蛋白質(zhì)合成、DNA損傷、細胞凋亡等過程中的信號轉(zhuǎn)換和免疫活性中起重要作用。H2O2是活性氧的代表物之一，其性質(zhì)較穩(wěn)定，能從細胞中滲透出來。因此，建立一種準確、快速、靈敏的活細胞H2O2動態(tài)釋放過程監(jiān)測方法，對于細胞研究和藥物評價具有重要意義。該團隊通過調(diào)控同種金屬有機框架材料的不同晶體形貌，制備無酶電化學(xué)生物傳感器，用以實時監(jiān)控活細胞釋放H2O2的研究，為抗癌藥物評價提供了一種簡便快捷的新方法。相關(guān)研究成果發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12, 41960-41968，并入選當期內(nèi)封面文章(Supplementary Journal Cover)。在此基礎(chǔ)上，該團隊進一步發(fā)現(xiàn)煅燒的金屬有機框架材料和磁性金屬有機框架材料在電化學(xué)檢測H2O2中具有優(yōu)異的擬過氧化物酶活性。相比于傳統(tǒng)生物酶，具有催化活性強、穩(wěn)定性高、耐儲存等優(yōu)勢，相關(guān)研究成果陸續(xù)發(fā)表于Sensors and Actuators B: Chemical, 2020, 311, 127909和Electrochimica Acta, 2020, 359, 136962。

圖3 Supplementary Journal Cover for ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12, 41960-41968

上述工作得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、廣東省教育廳科研項目、廣東省普通高校新藥發(fā)現(xiàn)與成藥性評價重點實驗室、廣州市新藥篩選模型體系構(gòu)建與應(yīng)用重點實驗室以及學(xué)校的大力支持。