現代工學院宋玉君課題組開發了"超級奈米粒子"感測器用於癌症無創監測

近日，現代工學院宋玉君教授課題組開發了一種可用於癌症無創監測的"超級奈米粒子"微流控感測器。開發腫瘤的液體活檢技術對於腫瘤的診斷具有非常重要的意義，但由於缺乏預測特異性和有效的生物標誌物一直限制著癌症液體活檢的應用。設計外源性試劑用於在病變組織中進行特異性檢測比尋找內源生物標誌物更具前景。以熒光探針為例，這類探針通常是外源試劑，可以反覆進行設計最佳化並在體外進行試驗，同時這類試劑的濃度可以達到很高以減弱生物學背景訊號的干擾。然而，目前這類檢測方法的侷限性在於需要昂貴且耗時的大型儀器，以及作為試劑的有機分子通常要求特定的介質和複雜的合成程式。

圖1 乏氧響應性PNCAH生物感測器用於腫瘤尿液檢測的示意圖

超小的鉑奈米簇（PtNCs）作為一種優異的外源性試劑由於其出色的酶模擬活性以及其超小的尺寸效應受到了廣泛的關注。基於此，宋玉君課題組構建了一種基於鉑超奈米粒子乏氧響應性的奈米感測器用於腫瘤的尿液微流控監測，該奈米感測器能夠在腫瘤微環境中典型乏氧特徵下響應並解離釋放出許多超小的PtNCs作為外源性標誌物代謝到尿液中，從而進行疾病狀態的監測。超小的PtNCs用乏氧敏感的偶氮苯鍵組裝成一個大的鉑超奈米粒子以實現腫瘤部位的乏氧響應。由於這些釋放的PtNCs的粒徑小於腎臟可清除的臨界值（～5.5 nm），因此可以經由腎臟代謝到尿液中，透過對尿液中的PtNCs的濃度進行晶片檢測，可以進行疾病狀態的讀出。這種腫瘤微環境響應的奈米感測器一方面克服了內源性生物標誌物不足的缺陷，能夠提高腫瘤檢測的靈敏度，另一方面透過晶片進行疾病狀態的檢測，是一種簡單通用的檢測手段，成本低廉，可以大大降低檢測的繁瑣程式和成本。

圖2 PNCAH奈米感測器用於三陰性乳腺癌的檢測

在三陰性乳腺癌以及肺轉移癌模型中，該奈米感測器中的偶氮基團，能夠被過度表達的還原酶破壞，從而導致超小PtNCs的按需釋放以及隨後的腎臟清除，可以對三陰性乳腺癌以及肺轉移癌小鼠模型進行簡單靈敏有效的檢測。此外，文中還驗證了該奈米感測器對不同大小腫瘤的區分效果，由於腫瘤大小不同，乏氧響應效果也不同，導致了該奈米感測器有效的按需釋放。並進一步在三陰性乳腺癌以及肺轉移癌小鼠模型治療過程中，驗證了該奈米感測器可以在治療過程中對腫瘤的狀態進行有效的監測，這對於篩查腫瘤復發以及藥理學和隨訪療效的個體化評估具有重要意義。

圖3 PNCAH奈米感測器用於肺轉移癌的檢測以及藥物治療程序的監測

總之，該研究工作報道了一種乏氧特異性響應的鉑超奈米粒子感測器，該奈米感測器能夠在腫瘤部位響應釋放出超小的PtNCs，經由腎臟代謝到尿液中實現腫瘤狀態的簡單靈敏有效的監測。該方法有效地克服了內源性生物標誌物不足的缺陷，且檢測工具成本低廉可廣泛獲得，具有廣闊的臨床應用前景。

相關成果以"Hypoxia-Responsive Platinum Supernanoparticles for Urinary Microfluidic Monitoring of Tumors"為題發表在Angew. Chem上，併入選為Hot Paper（Angew. Chem. Int. Ed, 2022, e202114239）。南京大學現代工程與應用科學學院的宋玉君教授為該研究工作的通訊作者，19級碩士生徐琴為本論文的第一作者。該研究工作得到了國家自然科學基金，江蘇省自然科學基金等專案的資助。

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【來源：南京大學新聞網_學術動態】