多靶标肿瘤标记物高灵敏传感机制研究及微小肝肿瘤早期活体诊断应用

Early diagnosis is the key point to improve the prognosis of hepatic carcinoma, with the development of medical imaging, less than 1 cm in diameter of liver tumors can be detected, but due to deficiency of typical imaging features and clinical symptoms, it is difficult to determine the pathological nature, thus affecting the advanced treatment. Combined detection of serum AFP, GPC3, CD34, CEA, and other tumor markers can improve the diagnostic specificity, but the detection sensitivity of serum tumor markers in the early liver cancer patients is poor, and the results are susceptible to a variety of factors. Research found that direct detection of tumor markers in liver cancer tissue microenvironment is more sensitive than in serum, but nowadays there is no minimally invasive measures to detected multiple targets of tumor markers in situ rapidly. In this study, we proposed to use cotton electrochemical sensing technology, fix the multiple tumor markers antibody on modular electro active material functional nano metal surface, construct a "sandwich" structure of antibody - antigen - different electro active material labeled antibody, establish a microprobe model with multiple targets. The microprobe carrying multiple sensor could pierce into the liver lesions, then the combined tumor markers in tissue microenvironment could be detected rapidly, purposing to diagnose the tumor early and with minimally invasive.

肝癌的早期诊断是提高预后的关键，随着影像学的发展，已经能够发现直径小于1cm的肝脏肿瘤，但是由于缺乏典型的影像学特征和临床症状，难以判断其良恶性，从而影响下一步治疗。血清中联合检测AFP、GPC3、CD34、CEA等多种肿瘤标志物能提高诊断特异性，但是在早期肝癌患者血清中检测存在敏感性较差，检测结果容易受到多种因素干扰等不足。研究发现直接检测肝癌组织微环境中的肿瘤标志物表达比血清中检测更为敏感，但目前尚无微创化措施能够在活体原位组织中快速检测多靶标肿瘤标记物。本课题拟利用免疫电化学传感技术，将多种肿瘤标志物抗体模块化固定于电活性物质功能化的纳米金属表面，构建抗体-抗原-不同电活性物质标记的抗体“三明治”结构，建立多靶标微探针模型。将携带传感器的微探针穿刺入肝脏病变中，分析传感器电信号模块变化，对在体组织微环境中的标记物进行联合快速检测，以达到对肿瘤进行早期微创化快速诊断的目的。

课题围绕8-羟基脱氧鸟嘌呤核苷（8-OHdG）、CEA、AFP等肿瘤标记物的高灵敏分析，制备了多种功能材料基电化学敏感界面，探究了目标分析物在功能修饰电极表面的信号增敏机制，构建了多种高选择性、高灵敏度的肿瘤标记物快速电化学检测的新方法和新体系。将构建的电化学体系用于实际生物样品的检测，均表现出了满意的准确度和很好的应用前景；项目过程中发表论文10篇，其中SCI论文6篇，申请了1项发明专利；圆满完成了课题研究计划。主要成果如下：（1）8-羟基脱氧鸟嘌呤核苷电化学检测新方法。通过合理的实验设计，制备出了氧化锌修饰的石墨烯（ZnO@rGO）、超细Cu-MOF（HKUST-1）修饰的石墨纳米片（GN）复合物（HKUST-1/GN），系统研究了8-OHdG在ZnO@rGO、HKUST-1/GN表面的电化学行为，发现ZnO@rGO、HKUST-1/GN复合物的响应面积、电子交换能力、表面富集效率均得到显著增强；探究了8-OHdG的信号增敏机制，构建了两种新型的高灵敏电化学传感平台，该方法可有效用于肿瘤病人和正常个体内8-OHdG的识别与检测，对肿瘤的早期筛查表现出了一定的应用潜力；成果发表在Talanta 185 (2018) 550-556、Anal. Chim. Acta 1058 (2019) 80-88。（2）碱性磷酸酶标记磁珠修饰ZnO@rGO碳糊电极高灵敏检测CEA。以羧基化的磁珠为一抗载体，纳米金为碱性磷酸酶和二抗载体，构建出含有碱性磷酸酶的双抗夹心探针结构，随后将其修饰在ZnO@rGO表面。在CEA存在情况下，碱性磷酸酶能够特异性催化底物1-萘酚磷酸盐（1-NPP）降解为电化学活性的1-萘酚，利用ZnO@rGO对1-萘酚优异的电化学催化氧化作用，构建了一种超灵敏的CEA免疫电化学检测新方法，该方法在实际样品检测中显示出了极高的准确度；该成果已获中国发明专利授权（专利号：ZL20191 0678544.6）；（3）葡萄糖、雌酚酮等生命小分子的电化学传感新方法。从导电性、电化学活性位点、配位金属中心调控三方面出发，制备了Co-MOF修饰石墨烯、纳米Au修饰AuZn-MOF、花状Ni-MOF等多种电极敏感材料，构建了针对包括葡萄糖、雌酚酮等在内的多种生物小分子的高灵敏、高选择性电化学检测平台；成果发表在ACS Applied Materials & Interfac