摘要 甲狀腺球蛋白(Thyroglobulin, Tg)是一種由甲狀腺濾泡細(xì)胞合成并分泌到血液中的大分子糖蛋白。血液中Tg 的濃度水平是判定分化型甲狀腺癌和亞急性甲狀腺炎等甲狀腺疾病的重要指標(biāo)之一。放射免疫分析法、免疫放射分析法和免疫化學(xué)發(fā)光分析法是臨床檢測(cè)Tg 的主要方法。近年來(lái),為了滿足甲狀腺清除術(shù)后對(duì)較低濃度血液Tg 的檢測(cè)需求,研究者開(kāi)發(fā)了多種高性能分析方法用于血液樣本中Tg 濃度的檢測(cè),為甲狀腺疾病篩查和療效評(píng)估提供了新的技術(shù)手段。本文綜述了Tg 的分析方法,尤其是近五年來(lái)用于血液中低濃度Tg 監(jiān)測(cè)的生物傳感器研究的新進(jìn)展,探討了其在實(shí)際臨床應(yīng)用中面臨的技術(shù)挑戰(zhàn),為開(kāi)發(fā)分化型甲狀腺癌液體活檢新方法提供了參考。
關(guān)鍵詞 甲狀腺球蛋白;生物傳感器;甲狀腺疾病;液體活檢;評(píng)述
近年來(lái),受環(huán)境污染和生活方式改變等因素影響,全球人群范圍內(nèi)的甲狀腺疾病發(fā)病率均呈上升趨勢(shì)[1-7]。據(jù)統(tǒng)計(jì),甲狀腺結(jié)節(jié)(Thyroid nodule, TN)的成人發(fā)病率約為50%~60%。其中,甲狀腺癌(Thyroidcarcinoma, TC)約占5%~15%,并呈逐年上升趨勢(shì)。包括甲狀腺乳頭狀癌(Papillary thyroid carcinoma,PTC)和甲狀腺濾泡狀癌(Follicular thyroid cancer, FTC)在內(nèi)的分化型甲狀腺癌(Differentiated thyroidcancer, DTC)約占TC 的90%[5-6]。盡管DTC 通常預(yù)后良好,但是早發(fā)現(xiàn)和嚴(yán)格的術(shù)后健康管理等措施有助于進(jìn)一步提高DTC 患者的生活質(zhì)量。目前,超聲引導(dǎo)下細(xì)針穿刺(Fine needle aspiration, FNA)技術(shù)是術(shù)前診斷DTC 最有效的方法[7]。然而,受結(jié)節(jié)大小、形貌特征及臨床醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)等影響, FNA 技術(shù)存在15%~20%的誤診率。為進(jìn)一步提高TN 診斷的準(zhǔn)確性,包括甲狀腺球蛋白(Thyroglobulin, Tg)和TC 相關(guān)突變基因(如BRAFV600E)等在內(nèi)的生物標(biāo)志物檢測(cè)已逐漸成為TC 診斷的輔助手段[8-15]。
Tg 是由甲狀腺濾泡上皮細(xì)胞分泌的由兩個(gè)亞基組成的一種大分子糖蛋白(分子量約為660 kDa),是合成甲狀腺素和三碘甲狀腺原氨酸以及儲(chǔ)存非活性甲狀腺激素和碘的重要物質(zhì)[13]。健康人群血液中Tg濃度的參考區(qū)間為3.0~40 ng/mL,甲狀腺腫、TC、甲狀腺毒癥和甲狀腺炎中毒期等甲狀腺疾病患者通常伴隨血液Tg 濃度顯著升高[7,16]。此外,血液Tg 濃度水平不僅能夠用于評(píng)估TN 的良惡性,而且能夠用于DTC 的預(yù)后評(píng)估和療效評(píng)價(jià)[7,16-17]。例如, DTC 患者血液Tg 濃度通常高于良性TN 患者;術(shù)前或未全切患者術(shù)后血液Tg 水平持續(xù)性升高,應(yīng)警惕腫瘤的持續(xù)生長(zhǎng)或復(fù)發(fā)。特別是對(duì)于已清除全部甲狀腺(手術(shù)切除和碘清甲后)的DTC 患者而言,體內(nèi)已無(wú)Tg 的分泌來(lái)源,當(dāng)在血液中檢測(cè)到Tg 時(shí),則提示轉(zhuǎn)移性病灶的存在。因此,血液中Tg 濃度的高靈敏監(jiān)測(cè)對(duì)于甲狀腺疾病的診療具有重要意義。
目前,臨床用于檢測(cè)血液中Tg濃度的方法包括放射免疫分析法(Radioimmunoassay, RIA)、免疫放射分析法(Immunoradiometric assay, IRMA)和免疫化學(xué)發(fā)光(Immunochemiluminometric assay, ICMA)(圖1)[18-24]。盡管這些方法具有較高的檢測(cè)特異性和準(zhǔn)確性,但也存在放射性同位素危害、操作繁瑣、檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)、檢測(cè)成本較高和檢出限(Limit of detection, LOD)較高(≥1 ng/mL)等不足。持續(xù)、高靈敏檢測(cè)血液中Tg濃度(LOD≤0.04 ng/mL)對(duì)監(jiān)測(cè)DTC復(fù)發(fā)具有重要意義,因此有必要研發(fā)低成本、高靈敏度的血液中Tg檢測(cè)方法用于DTC 術(shù)后監(jiān)測(cè)和療效評(píng)估。近年來(lái),一些基于納米材料的電化學(xué)、光學(xué)生物傳感器等新方法和新技術(shù)在臨床樣本檢測(cè)中的應(yīng)用為血液中Tg 濃度監(jiān)測(cè)提供了新的選擇(圖1)[25-35]。這些新技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)較低濃度Tg (pg/mL級(jí))的檢測(cè),有望彌補(bǔ)現(xiàn)有血液中Tg濃度臨床檢測(cè)技術(shù)的缺陷,進(jìn)一步助力提升DTC的診療水平。本文綜述了Tg檢測(cè)技術(shù)的研究進(jìn)展,以近五年來(lái)該領(lǐng)域的代表性文獻(xiàn)為例,討論了用于檢測(cè)Tg的多種新型生物傳感技術(shù)和分析方法的技術(shù)優(yōu)勢(shì),分析了其在實(shí)際臨床檢測(cè)中面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇,希望不同領(lǐng)域的研究者協(xié)同合作,建立基于血液中Tg濃度水平檢測(cè)的DTC等甲狀腺疾病液體活檢(Liquid biopsy)新方法。
1 傳統(tǒng)臨床檢測(cè)方法
自20 世紀(jì)70 年代RIA 率先被用于臨床血液樣本中的Tg 檢測(cè)以來(lái), RIA、IRMA 和ICMA 這3 種Tg檢測(cè)方法逐漸成為DTC 診斷和療效評(píng)估的輔助手段[18-24]。RIA 是通過(guò)放射性核素標(biāo)記的Tg 與待測(cè)樣本中Tg 競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合特異性Tg 抗體,測(cè)定待檢樣品中Tg 的含量。IRMA 是采用過(guò)量的放射性核素標(biāo)記的特異性Tg 抗體與待檢樣品中Tg 直接結(jié)合,采用固相免疫吸附載體分離結(jié)合與游離標(biāo)記抗體的非競(jìng)爭(zhēng)性分析方法。RIA 的信號(hào)強(qiáng)度與Tg 濃度呈負(fù)相關(guān), IRMA 與Tg 濃度呈正相關(guān)。IRMA 的檢測(cè)速率、靈敏度、特異性和線性范圍優(yōu)于RIA。由于IRMA 的抗體用量大于RIA,其檢測(cè)成本相對(duì)較高。當(dāng)RIA/IRMA 用于臨床檢測(cè)時(shí),為了減小因使用不同方法所導(dǎo)致的Tg 檢測(cè)結(jié)果的差異,必須使用CRM-457 作為標(biāo)準(zhǔn)參照品[22]。此外,由于RIA/IRMA 的LOD 值難以滿足DTC 復(fù)發(fā)監(jiān)測(cè)的需求,因此需使用重組人促甲狀腺激素(Recombinant human thyrotropin, rhTSH)刺激DTC 術(shù)后患者,提升其血液中Tg 的濃度[23]。進(jìn)入本世紀(jì)后,基于ICMA 的第一代超敏Tg 檢測(cè)方法逐漸用于臨床檢測(cè)。ICMA方法的靈敏度優(yōu)于RIA,其LOD 可低至0.1 ng/mL[13,24]。因此,無(wú)需rhTSH 刺激, ICMA 即可實(shí)現(xiàn)DTC 術(shù)后患者的復(fù)發(fā)監(jiān)測(cè)。但是,受DTC患者血液中高濃度Tg 抗體的干擾, ICMA 對(duì)低濃度Tg 測(cè)量的準(zhǔn)確度仍需進(jìn)一步提高。
2 傳感分析方法
2.1 電化學(xué)免疫傳感器
由于電化學(xué)檢測(cè)具有儀器簡(jiǎn)單、快速和高靈敏度等優(yōu)點(diǎn),因此電化學(xué)生物傳感器被廣泛用于不同樣本中疾病生物標(biāo)志物的檢測(cè)[36-38]。低成本、微型化的電化學(xué)生物傳感系統(tǒng)易集成到即時(shí)檢測(cè)(Point-ofcaretesting, POCT)設(shè)備中,其便攜性在疾病診斷中展現(xiàn)出巨大優(yōu)勢(shì)。近年來(lái),科研工作者研發(fā)了系列電化學(xué)免疫傳感器用于檢測(cè)血清中的Tg 濃度[29,39-42]。在電化學(xué)免疫傳感器中, Tg 抗體通常固定于工作電極表面, Tg 與Tg 抗體結(jié)合使工作電極電阻增大并導(dǎo)致電流下降。電阻或電流變化量的絕對(duì)值與待測(cè)樣品中的Tg 濃度成正比。Brito 等[40]將生物素標(biāo)記的抗Tg 單克隆抗體(Biotin-labeled anti-Tg monoclonalantibodies)通過(guò)生物素與鏈霉親和素的特異性結(jié)合固定于鏈霉親和素-金納米粒子(Gold nanoparticles,AuNPs)-聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene fluoride, PVDF)納米復(fù)合物修飾的金電極表面,制備了Tg 電化學(xué)免疫傳感器。AuNPs-PVDF 具有較高的比表面積,有助于提高鏈霉親和素在電極表面的固定量,改善傳感器的檢測(cè)靈敏度。該電化學(xué)免疫傳感器的線性范圍為2.0~10.0 ng/mL, LOD 為0.015 ng/mL, 加標(biāo)回收率為95.4%。Wang 等[42]采用一步法將(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷((3-Aminopropyl)triethoxysilane,APTES)修飾的Tg 抗體通過(guò)Si?O 鍵固定于KOH 處理的硅基叉指電極(Interdigitated electrode, IDE)表面,構(gòu)建Tg 電化學(xué)免疫傳感器。以APTES 為交聯(lián)劑能夠顯著提高Tg 抗體在IDE 上的固定量,從而改善對(duì)Tg 的捕獲能力。APTES-Tg 抗體修飾的IDE 對(duì)Tg 的檢出限低至1 pmol/L(66 pg/mL)。電化學(xué)Tg 免疫傳感器的LOD 能夠滿足清除全部甲狀腺的DTC 患者的血液Tg 濃度水平實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求,具有潛在的POCT 應(yīng)用前景。
2.2 電化學(xué)發(fā)光免疫傳感器
電化學(xué)發(fā)光(Electrochemiluminescence, ECL)分析法綜合了電化學(xué)分析和化學(xué)發(fā)光技術(shù)的優(yōu)勢(shì)[43-45],而且ECL 的發(fā)光不需要使用外部光源,避免了激發(fā)光源的干擾,因此, ECL 測(cè)定具有低背景噪聲、高靈敏度和良好的可控性等優(yōu)點(diǎn),在疾病診斷、環(huán)境監(jiān)測(cè)和食品安全等領(lǐng)域均具有良好的應(yīng)用前景[43-45]。近年來(lái), ECL免疫分析已逐漸成為Tg超靈敏測(cè)定的重要方法并成功實(shí)現(xiàn)了臨床應(yīng)用[30,46-51]。特別是2013 年瑞士羅氏公司(Roche Co.)生產(chǎn)的含有鏈霉親和素的磁珠微粒、生物素化的抗Tg 抗體和Tris(2,2′-bipyridine)ruthenium(Ⅱ)(Ru(bpy)32+)標(biāo)記的抗Tg抗體的ECL試劑盒(Elecsys? Tg Ⅱ),因具有低至40 pg/mL的LOD而被作為第二代超靈敏Tg 檢測(cè)方法,用于臨床DTC 的復(fù)發(fā)監(jiān)測(cè)和療效評(píng)估[46]。與傳統(tǒng)的以Ru(bpy)32+和魯米諾等小分子為探針的ECL 體系相比,使用Ru(bpy)32+納米復(fù)合物和量子點(diǎn)等為ECL 探針,或在體系中引入納米材料作為ECL 增強(qiáng)劑,能夠進(jìn)一步提高ECL 方法對(duì)Tg 的檢測(cè)靈敏度。如圖2 所示, Gao 等[50]以具有大比表面積和多孔結(jié)構(gòu)的介孔二氧化硅納米星(Mesoporous silica nanostars, m-SiO2 NSs)作為載體材料,負(fù)載Ru(bpy)32+和共反應(yīng)劑四乙烯五胺(Tetraethylene pentamine, TEPA),制備了具有自增強(qiáng)能力的ECL 探針Ru(bpy)32+-TEPA@m-SiO2 NSs。所獲得的Ru(bpy)32+-TEPA@m-SiO2 NSs 能夠通過(guò)縮短電子轉(zhuǎn)移路徑和減少能量損失實(shí)現(xiàn)更高效率的密集ECL 發(fā)射。以具有優(yōu)異光熱效應(yīng)的磁珠(Magnetic beads, MBs)光熱轉(zhuǎn)換劑修飾磁玻碳電極(Magnetic glassy carbon electrode, MGCE)作為基底(MB/MGCE),通過(guò)近紅外光(Near infraredlight, NIR)照射提高電極表面溫度,進(jìn)一步放大ECL 信號(hào)。以Tg 修飾的Ru(bpy)32+-TEPA@m-SiO2 NSs 為ECL 探針(Ru(bpy)32+-TEPA@m-SiO2 NSs@Tg)、Tg 抗體修飾的MB/MGCE 為工作電極,成功構(gòu)建了一種競(jìng)爭(zhēng)型ECL 免疫傳感器。利用自增強(qiáng)和光熱協(xié)同放大策略,使所構(gòu)建的競(jìng)爭(zhēng)型ECL 免疫傳感器對(duì)Tg 的LOD 低至10?3 pg/mL,并具有較寬的線性范圍(10?5~10 ng/mL)。此外,血清加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)證明該競(jìng)爭(zhēng)型ECL 傳感器具有良好的實(shí)際應(yīng)用潛力。與Ru(bpy)32+、魯米諾、半導(dǎo)體量子點(diǎn)(Quantum dots, QDs)等ECL探針相比,碳量子點(diǎn)(Carbon quantum dots, CQDs)具有水溶性良好、導(dǎo)電性較強(qiáng)、生物相容性好、成本低和容易修飾等優(yōu)點(diǎn)。利用CQDs 豐富的羧基官能團(tuán), Zhang 等[51]將Tg 修飾到CQDs 表面,合成了檢測(cè)Tg的新型ECL探針(CQDs-Tg)。以MGCE為工作電極、Tg抗體修飾的MBs為捕獲平臺(tái)、CQDs-Tg為ECL探針,構(gòu)建了基于磁珠富集策略的均相電化學(xué)發(fā)光免疫分析方法(Homogeneous electrochemiluminescence immunoassay,HO-ECLIA)。在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下, HO-ECLIA 具有較寬的線性范圍(0.01~100 ng/mL), LOD低至6.9 pg/mL,血清中的加標(biāo)回收率良好(99.5%~104%)。上述研究結(jié)果表明, HO-ECLIA 在DTC 的臨床預(yù)后監(jiān)測(cè)中具有良好的應(yīng)用潛力。
2.3 表面增強(qiáng)拉曼免疫分析方法
由于納米級(jí)粗糙金屬(金和銀等)基底能夠?qū)ζ浔砻嫠降幕衔锂a(chǎn)生較強(qiáng)的物理增強(qiáng)(即表面局域等離子激元被激發(fā)所引起電磁增強(qiáng))和化學(xué)增強(qiáng)(即表面原子簇對(duì)所吸附的分子構(gòu)成拉曼增強(qiáng)的活性點(diǎn))效應(yīng)來(lái)增強(qiáng)待測(cè)物的拉曼信號(hào),因此表面增強(qiáng)拉曼光譜(Surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS)能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜樣品中痕量目標(biāo)物的高靈敏檢測(cè)[52-55]。已有研究表明,拉曼(Raman spectroscopy, RS)和SERS 技術(shù)能夠作為一種輔助診斷手段,通過(guò)對(duì)甲狀腺組織樣品中核酸、Tg 和外泌體等特定生物標(biāo)志物的檢測(cè)或成像提高TC 早期診斷的準(zhǔn)確性、敏感性和特異性[31,56-64]。Garaei 等[61-62]以具有較強(qiáng)局域表面等離子體共振(Localized surface plasmon resonance, LSPR)的Au-Ag 雜化雙金屬納米殼微球?yàn)榛?,建立了一種高靈敏檢測(cè)Tg 的SERS 分析方法。由于雙金屬納米殼的粗糙表面能夠極大地增強(qiáng)Raman 信號(hào)(SERS 增強(qiáng)因子約為1.5×107),該方法成功獲得了單個(gè)Tg 的SERS 光譜。如圖3 所示, Spaziani 等[63]采用自組裝法在單晶硅片或光纖尖端制備三角形AuNPs 膜,并以其為SERS 基底,開(kāi)發(fā)了一種用于Tg 檢測(cè)的夾心SERS 免疫分析方法。該方法通過(guò)在單晶硅片或光纖尖端(Optrode)修飾的AuNPs 自組裝膜固定Tg捕獲抗體,用于識(shí)別待測(cè)樣中的Tg;將Tg 檢測(cè)抗體和Raman 探針4–巰基苯甲酸(4-Mercaptobenzoicacid, 4-MBA)同時(shí)修飾到球形AuNPs 上,作為檢測(cè)探針。當(dāng)Tg 存在時(shí), Tg 捕獲抗體修飾的AuNPs 自組裝膜、Tg 和檢測(cè)探針形成夾心結(jié)構(gòu),使4-MBA 的Raman 信號(hào)得到極大增強(qiáng)。Tg 的濃度與4-MBA 的SERS 信號(hào)強(qiáng)度成正比,據(jù)此實(shí)現(xiàn)了對(duì)Tg 的定量檢測(cè)。該SERS 方法對(duì)Tg 的檢出限低至7 pg/mL,并成功應(yīng)用于通過(guò)細(xì)針穿刺活檢(Fine-needle aspiration biopsy, FNAB)所獲得的實(shí)際樣本洗脫液中Tg 的檢測(cè),進(jìn)一步證明其能夠滿足臨床血液樣本中Tg 高靈敏檢測(cè)的需求。另外,以光纖尖端AuNPs 自組裝膜為基底的SERS 方法能夠整合于FNAB 成像光纖,實(shí)現(xiàn)POCT 檢測(cè)。
2.4 光纖局域表面等離子體共振免疫傳感器
表面等離子體共振(Surface plasmon resonance, SPR)對(duì)介質(zhì)的折射率(Refractive index, RI)的變化高度敏感,因此, SPR 生物傳感器被廣泛用于無(wú)標(biāo)記生物分子相互作用研究和實(shí)時(shí)檢測(cè)[65-69]。LSPR 是發(fā)生在納米顆?;蛑芷谛躁嚵屑{米結(jié)構(gòu)中的一種獨(dú)特的SPR,與依賴宏觀表面的SPR 相比, LSPR 可以通過(guò)控制納米結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀和組成調(diào)諧共振波長(zhǎng)和增強(qiáng)靈敏度,因此LSPR 生物傳感器比傳統(tǒng)的平面SPR 生物傳感器具有更高的靈敏度[68-69]。此外,將光纖技術(shù)與LSPR 集成,即在光纖尖端構(gòu)建LSPR 生物傳感器,因其具有體積小、靈敏度高、與遠(yuǎn)程和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的兼容性和多通道測(cè)量的潛力而備受關(guān)注。Omair 等[70]證明基于金納米棒(Gold nanorods, AuNRs)的LSPR 分析方法有望實(shí)現(xiàn)Tg 的單分子檢測(cè)。近年來(lái), Lee 研究組[71-75]研發(fā)了多種光纖局域表面等離子體共振(Fiber-optical localized surface plasmon resonance,F(xiàn)O-LSPR)生物傳感器用于血清中Tg 的檢測(cè)。Kim 等[75]研發(fā)了一種基于納米間隙圓頂陣列(Dome arraywith nanogaps, DANG)的高性能光纖表面等離子體共振(FO-SPR)傳感器用于Tg的無(wú)標(biāo)記實(shí)時(shí)檢測(cè)。首先在光纖尖端沉積30 nm的金膜,將粒徑為200 nm的羥基化聚苯乙烯珠(Hydroxylated polystyrene(PS) beads)吸附在金膜表面,然后采用離子刻蝕法(Reactive ion etching, RIE)去除未被PS珠覆蓋的金膜,獲得圖案化的納米圓頂(Nanodome),進(jìn)一步通過(guò)逐層組裝法對(duì)納米圓頂進(jìn)行聚合物涂覆,并沉積30 nm 厚的金膜,最終經(jīng)退火去除聚合物涂層即可獲得DANG(圖4)。該研究結(jié)果表明,具有DANG 的FO-SPR 傳感器的折射率靈敏度比沒(méi)有納米結(jié)構(gòu)的FO-SPR 傳感器高7.8 倍。在DANG 表面固定Tg 抗體后,所獲得的FO-SPR免疫傳感器對(duì)Tg檢測(cè)具有優(yōu)異的選擇性和極低的LOD(38 fg/mL)。此外, FO-SPR免疫傳感器可用于血清樣本中Tg濃度水平的監(jiān)測(cè),表明其具有良好的實(shí)用性。
2.5 基于分子印跡的比色分析方法
比色法是通過(guò)比較或測(cè)量有色物質(zhì)溶液的色深測(cè)定待測(cè)物含量的方法。與其它檢測(cè)方法相比,比色法檢測(cè)成本低、更直觀,無(wú)需復(fù)雜儀器即可對(duì)檢測(cè)目標(biāo)物進(jìn)行定性或定量分析[76-78]。分子印跡聚合物(Molecular imprinting polymers, MIPs)具有特異性好、穩(wěn)定性高以及可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用于生物分析、環(huán)境檢測(cè)和食品安全等領(lǐng)域[79-80]。近年來(lái),比色法與MIPs 及納米技術(shù)的結(jié)合使其具有較低的LOD、較高的靈敏度及準(zhǔn)確度,進(jìn)一步拓展了比色法在包括DTC 在內(nèi)的重大疾病POCT 中的應(yīng)用范圍[78,81-83]。Wang等[83]在紙基上以Tg和3,3′,5,5′-四甲基聯(lián)苯胺(3,3′,5,5′-Tetramethylbenzidine, TMB)為雙模板合成MIPs/血紅素-石墨烯納米片(H-GNs)復(fù)合材料(MIPs/Hemin-graphene nanosheets (H-GNs) composites),如圖5 所示。H-GNs 具有類過(guò)氧化物酶(Peroxidase-like)活性,可以引發(fā)自由基聚合制備MIPs,并催化過(guò)氧化物酶底物(TMB)顯色用于比色檢測(cè)。Tg-TMB雙印跡策略增強(qiáng)了TMB對(duì)催化界面的可及性且不干擾Tg模板分子的特異性識(shí)別,因此具有良好的靈敏度和特異性。在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下,該比色傳感器的灰度強(qiáng)度與Tg 濃度在0.7~100 ng/mL 范圍內(nèi)成正比,檢出限為0.1 ng/mL。血清樣本加標(biāo)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法可用于血清中Tg的測(cè)定,為DTC評(píng)估及復(fù)發(fā)監(jiān)測(cè)提供了一種成本低、易操作且便攜的POCT傳感器。
3 結(jié)論與展望
Tg 濃度水平的檢測(cè)在DTC 等甲狀腺疾病診斷、預(yù)后和療效監(jiān)測(cè)等方面具有良好的臨床應(yīng)用前景。由于Tg 在外周血、淋巴洗脫液等臨床樣品中的濃度較低,特別是經(jīng)甲狀腺清除治療后的DTC 病人外周血中的Tg 濃度極低,并且背景干擾大,其檢測(cè)具有很大的挑戰(zhàn)性。傳統(tǒng)的RIA、IRMA 和ICMA 臨床檢測(cè)方法的LOD 較高且易受樣本中共存的Tg 抗體的干擾,僅能夠檢測(cè)DTC 患者術(shù)前血液樣本或腫瘤組織樣本中的Tg 濃度。在DTC 術(shù)后監(jiān)測(cè)過(guò)程中,通常使用ECL 免疫分析方法檢測(cè)患者血液樣本中Tg 的濃度。近年來(lái),研究人員研發(fā)了基于光學(xué)和化學(xué)等不同檢測(cè)原理,具有簡(jiǎn)單、快速、低成本和靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)的傳感系統(tǒng)用于定量檢測(cè)血液中Tg 濃度。但是,絕大多數(shù)Tg 生物傳感器仍處于概念的可行性和準(zhǔn)確性驗(yàn)證階段,需要進(jìn)一步對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化才能進(jìn)入臨床應(yīng)用。未來(lái), Tg 檢測(cè)方法的研究應(yīng)關(guān)注以下幾個(gè)方面。(1)盡管ECL 免疫傳感器已經(jīng)用于臨床應(yīng)用,但需使用專用設(shè)備和配套試劑,檢測(cè)成本較高,通過(guò)發(fā)展高性能新型ECL 探針(量子點(diǎn)等)和共反應(yīng)物有望降低ECL 免疫傳感器對(duì)Tg 的檢測(cè)成本并提高檢測(cè)靈敏度。(2)ECL 免疫傳感器的靈敏度和選擇性易受樣品中血清蛋白等高豐度組分的影響,檢測(cè)的準(zhǔn)確性仍需進(jìn)一步提高。發(fā)展電極表面修飾技術(shù),將抗污高分子等引入到電極界面,以降低血清蛋白等干擾物在電極表面的吸附,能夠提升ECL 免疫傳感器對(duì)血液等復(fù)雜樣品中Tg 檢測(cè)的準(zhǔn)確性。(3)傳感器的檢測(cè)性能受電極/基底等傳感界面、納米標(biāo)記物表面Tg 抗體的固定量、取向等因素影響,不同實(shí)驗(yàn)室制備的同類傳感器性能存在較大的差異。建立界面修飾、信號(hào)探針的大規(guī)模、標(biāo)準(zhǔn)化制備工藝,有助于消除不同實(shí)驗(yàn)室之間同類Tg 傳感器的制備差異。(4)將低成本的Tg 生物傳感器和信息科技深度融合,有望實(shí)現(xiàn)其在POCT 中的大規(guī)模應(yīng)用。總之, Tg 生物傳感技術(shù)的發(fā)展將為DTC 等甲狀腺疾病患者的健康管理提供新的技術(shù)手段。
References
[1] KITAHARA C M, SOSA J A. Nat. Rev. Endocrinol. , 2016, 12(11): 646-653.
[2] ALEXANDER E K, CIBAS E S. Lancet Diabetes Endocrinol. , 2022, 10(7): 533-539.
[3] BALOCH Z W, ASA S L, BARLETTA J A, GHOSSEIN R A, JUHLIN C C, JUNG C K, LIVOLSI V A, PAPOTTI M G,SOBRINHO-SIM?ES M, TALLINI G, METE O. Endocr. Pathol. , 2022, 33(1): 27-63.
[4] UGAI T, SASAMOTO N, LEE H Y, ANDO M, SONG M, TAMIMI R M, KAWACHI I, CAMPBELL P T, GIOVANNUCCI E L, WEIDERPASS E, REBBECK T R, OGINO S. Nat. Rev. Clin. Oncol. , 2022, 19(10): 656-673.
[5] NABHAN F, DEDHIA P H, RINGEL M D. Int. J. Cancer, 2021, 149(5): 984-992.
[6] JUHLIN C C, METE O, BALOCH Z W. Endocr.-Relat. Cancer, 2022, 30(2): e220293.
[7] HAUGEN B R, ALEXANDER E K, BIBLE K C, DOHERTY G M, MANDEL S J, NIKIFOROV Y E, PACINI F,RANDOLPH G W, SAWKA A M, SCHLUMBERGER M, SCHUFF K G, SHERMAN S I, SOSA J A, STEWARD D L,TUTTLE R M, WARTOFSKY L. Thyroid, 2016, 26(1): 1-133.
[8] GIOVANELLA L, D’AURIZIO F, OV?ARI?EK P, G?RGES R. J. Clin. Med. , 2024, 13(9): 2463.
[9] MACVANIN M T, GLUVIC Z M, ZARIC B L, ESSACK M, GAO X, ISENOVIC E R. Front. Endocrinol. , 2023, 14:1218320.
[10] WANG W, ZHENG Z, LEI J. Int. J. Mol. Sci. , 2023, 24(18): 13767.
[11] GARO M L, CAMPENNì A, PETRANOVIC-OVCARICEK P, D’AURIZIO F, GIOVANELLA L. Clin. Chem. Lab. Med. ,2023, 61(5): 935-945.
[12] XING M, HAUGEN B R, SCHLUMBERGER M. Lancet, 2013, 381(9871): 1058-1069.
[13] GIOVANELLA L, FELDT-RASMUSSEN U, VERBURG F A, GREBE S K, PLEBANI M, CLARK P M. Clin. Chem. Lab.Med. , 2015, 53(9): 1301-1314.
[14] LEI Z, ZHANG H, WANG Y, MENG X, WANG Z Anal. Chem. , 2017, 89(12): 6749-6757.
[15] PEREIRA T M, DIEM M, BACHMANN L, BIRD B, MILJKOVI? M, ZEZELL D M. Analyst, 2020, 145(24): 7907-7915.
[16] DI JESO B, ARVAN P. Endoc. Rev. , 2016, 37(1): 2-36.
[17] IERVASI A, IERVASI G, CARPI A, ZUCCHELLI G C. Biomed. Pharmacother. , 2006, 60(8): 414-424.
[18] WEIGHTMAN D R, MALLICK U K, FENWICK J D, PERROS P. Cancer, 2003, 98(1): 41-47.
[19] SPENCER C A, BERGOGLIO L M, KAZAROSYAN M, FATEMI S, LOPRESTI J S. J. Clin. Endocrinol. Metab. , 2005,90(10): 5566-5575.
[20] KRAHN J, DEMBINSKI T. Clin. Biochem. , 2009, 42(4-5): 416-419.
[21] SPENCER C A. Thyroid, 2023, 33(4): 407-419.
[22] CLARK P, FRANKLYN J. Ann. Clin. Biochem. , 2012, 49(4): 313-322.
[23] WEISS R, MAGNER J. Thyroid, 2015, 25(6): 708-710.
[24] CHO Y Y, CHUN S, LEE S Y, CHUNG J H, PARK H D, KIM S W. Ann. Lab. Med. , 2016, 36(5): 413-419.
[25] CHOI S, CHAE J. Biosens. Bioelectron. , 2009, 25(1): 118-123.
[26] SCHEIDT T, KARTANAS T, PETER Q, SCHNEIDER M M, SAAR K L, MüLLER T, CHALLA P K, LEVIN A,DEVENISH S, KNOWLES T P J. Lab Chip, 2020, 20(15): 2663-2673.
[27] VRHOVAC L S, ?ELEMETJEV S A, VATI? S, MITROVI? A, MILO?EVI? J R, LOLI? A ?, BELETI? A D, POLOVI? N ?. Talanta, 2021, 223: 121588.
[28] PENG L, LIN C J, SHI L, CAI F. New J. Chem. , 2021, 45(46): 21538-21542.
[29] JALALVAND A R, MOHAMMADI S, MAJIDI F. Chemom. Intell. Lab. Syst. , 2023, 243: 105006.
[30] LOCSEI Z, SZABOLCS I, RACZ K, KOVACS G L, HORVATH D, TOLDY E. Biochem. Med. , 2012, 22(3): 365-370.
[31] LI Z, LI C, LIN D, HUANG Z, PAN J, CHEN G, LIN J, LIU N, YU Y, FENG S, CHEN R. Laser Phys. Lett. , 2014, 11(4):045602.
[32] HUANG C C, HUNG Y L, SHIANG Y C, LIN T Y, LIN Y S, CHEN C T, CHANG H T. Chem. Asian J. , 2010, 5(2): 334-341.
[33] QUERO G, CONSALES M, SEVERINO R, VAIANO P, BONIELLO A, SANDOMENICO A, RUVO M, BORRIELLO A,DIODATO L, ZUPPOLINI S, GIORDANO M, NETTORE I C, MAZZARELLA C, COLAO A, MACCHIA P E,SANTORELLI F, CUTOLO A, CUSANO A. Biosens. Bioelectron. , 2016, 80: 590-600.
[34] HUANG C C, LIN T Y, YU W S, CHEN C T, CHANG H T. J. Biomed. Nanotechnol. , 2009, 5(5): 579-585.
[35] TURAN E, ?AHIN F, SULUDERE Z, TüMTüRK H. Sens. Actuators, B, 2019, 300: 127052.
[36] BURCU BAHAD?R E, KEMAL SEZGINTüRK M. Talanta, 2015, 132: 162-174.
[37] SHARAFELDIN M, RUSLING J F. Curr. Opin. Electrochem. , 2023, 39: 101256.
[38] DAVID V C, ALFREDO D L E. TrAC, Trends Anal. Chem. , 2024, 172: 117568.
[39] ZHANG H, LIN Y, LI Y, LIN Z, YANG Z, QIU B, YU M. Anal. Sci. , 2023, 39: 969-975.
[40] DE MORAES M O S, DE MORAES SEGUNDO J D P, PAULA M M S, SALES M G F, BRITO W R. Bioelectrochemistry,2021, 142: 107888.
[41] SILVA M L S, MARTíNEZ C R. Electroanalysis, 2021, 33(12): 2490-2501.
[42] WANG Y, SUN X, GOPINATH S C B, SAHEED M S M, WANG X. Biotechnol. Appl. Biochem. , 2022, 69(1): 376-382.
[43] BARHOUM A, ALTINTAS Z, DEVI K S S, FORSTER R J. Nano Today, 2023, 50: 101874.
[44] PENG L, LI P, CHEN J, DENG A, LI J. Talanta, 2023, 253: 123906.
[45] SHEN Y, GAO X, LU H J, NIE C, WANG J. Coord. Chem. Rev. , 2023, 476: 214927.
[46] TRIMBOLI P, IMPERIALI M, PICCARDO A, CAMPENNì A, GIORDANI I, RUGGERI R M, BALDARI S, ORLANDI F,GIOVANELLA L. Clin. Endocrinol. (Oxford, U. K.), 2018, 88(2): 295-302.
[47] FANG D, HUANG Y, ZHANG S, DAI H, HONG Z, LIN Y. Electrochim. Acta, 2020, 337: 135790.
[48] FANG D, REN H, HUANG Y, DAI H, HUANG D, LIN Y. Sens. Actuators, B, 2020, 312: 127950.
[49] EVENEPOEL A, SCHIETTECATTE J, VAN DALEM A, ANCKAERT E. Clin. Chem. Lab. Med. , 2022, 60(2): E46-E49.
[50] GAO L, HUANG Y, REN H, CHEN S, ZHANG S, DAI H. J. Electroanal. Chem. , 2023, 947: 117767.
[51] ZHANG Y, ZHENG Z N, LIN X H, LIU A L, LEI Y. Talanta, 2024, 276: 126205.
[52] LARMOUR I A, GRAHAM D. Analyst, 2011, 136(19): 3831-3853.
[53] GUO J, LIU Y, JU H, LU G. TrAC, Trends Anal. Chem. , 2022, 146: 116488.
[54] TAN H, WANG T, SUN H, LIU A, LI S. TrAC, Trends Anal. Chem. , 2023, 167: 117253.
[55] HORTA-VELAZQUE? A, ARCE F, RODRíGUEZ-SEVILLA E, MORALES-NARVAEZ E. TrAC, Trends Anal. Chem. ,2023, 169: 117378.
[56] RAU J V, FOSCA M, GRAZIANI V, TAFFON C, ROCCHIA M, CARICATO M, POZZILLI P, ONETTI MUDA A,CRESCENZI A. Sci. Rep. , 2017, 7: 14970.
[57] XIA L, LU J, CHEN Z, CUI X, CHEN S, PEI D. Nanomed. Nanotechnol. Biol. Med. , 2021, 32: 102328.
[58] LIU X, WANG M, ZHANG K, ZHANG H, LAI Y. Chem. Eng. J. , 2023, 471: 144794.
[59] SUN X, CHEN B, LI Z, SHAN Y, JIAN M, MENG X, WANG Z. Chem. Eng. J. , 2024, 488: 150835.
[60] LIANG X, MIAO X, XIAO W, YE Q, WANG S, LIN J, LI C, HUANG Z. Int. J. Nanomed. , 2020, 15: 2303-2314.
[61] SALIMINASAB M, GARAEI M A, MORADIAN R, NADGARAN H. Plasmonics, 2017, 12(4): 1029-1035.
[62] GARAEI M A, SALIMINASAB M, NADGARAN H, MORADIAN R. Plasmonics, 2017, 12(6): 1953-1960.
[63] SPAZIANI S, QUERO G, MANAGò S, ZITO G, TERRACCIANO D, MACCHIA P E, GALEOTTI F, PISCO M, DE LUCA A C, CUSANO A. Biosens. Bioelectron. , 2023, 233: 115322.
[64] HOMOLA J. Chem. Rev. , 2008, 108(2): 462-493.
[65] KAUSAITE-MINKSTIMIENE A, POPOV A, RAMANAVICIENE A. TrAC, Trends Anal. Chem. , 2024, 170: 17468.
[66] ESTRELA P, DAMBORSKY P, ?VITEL J, KATRLíK J. Essays Biochem. , 2016, 60(1): 91-100.
[67] JIA B, CHEN J, ZHOU J, ZENG Y, HO H P, SHAO Y. Nano Res. , 2022, 15(9): 8367-8388.
[68] LU M, WANG C, FAN R, LIN M, GUANG J, PENG W. Photonic Sens. , 2024, 14(2): 240202.
[69] DANTHAM V R, HOLLER S, BARBRE C, KENG D, KOLCHENKO V, ARNOLD S. Nano Lett. , 2013, 13(7): 3347-3351.
[70] OMAIR Z, TALUKDER M A. Plasmonics, 2019, 14(6): 1611-1619.
[71] KIM H M, HONG JEONG D, LEE H Y, PARK J H, LEE S K. Opt. Laser Technol. , 2019, 114: 171-178.
[72] KIM H M, JEONG D H, LEE H Y, PARK J H, LEE S K. Sci. Rep. , 2021, 11(1): 15985.
[73] KIM H, BAE S, PARK J, LEE S. Colloids Surf. , A, 2021, 629: 127439.
[74] KIM H M, KIM H J, PARK J H, LEE S K. Anal. Chim. Acta, 2022, 1213: 339960.
[75] KIM H M, LEE H Y, PARK J H, LEE S K. ACS Sens. , 2022, 7(5): 1451-1457.
[76] LI Z, ASKIM J R, SUSLICK K S. Chem. Rev. , 2019, 119(1): 231-292.
[77] XU N, JIN S, WANG L. Rev. Anal. Chem. , 2021, 40(1): 1-11.
[78] PERAMO A, DUMAS A, REMITA H, BENO?T M, YEN-NICOLAY S, CORRE R, LOUZADA R A, DUPUY C, PECNARD S, LAMBERT B, YOUNG J, DESMA?LE D, COUVREUR P. Chem. Commun. , 2019, 55(100): 15121-15124.
[79] FAROOQ S, XU L, OSTOVAN A, QIN C, LIU Y, PAN Y, PING J, YING Y. Food Chem. , 2023, 429: 136822.
[80] BUI B T S, MIER A, HAUPT K. Small, 2023, 19(13): 2206453.
[81] ZHU C, LI L, FANG S, ZHAO Y, ZHAO L, YANG G, QU F. Talanta, 2021, 223: 121690.
[82] WANG X, HUANG K, ZHANG H, ZENG Z, ZHOU Y, JING T. Mater. Sci. Eng. , C, 2019, 105: 110141.
[83] WANG X, HUANG K, CUI H, ZHANG H, ZENG L, ZHOU Y, JING T. Sens. Actuators, B, 2020, 313: 128028.
吉林省自然科學(xué)基金-國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(學(xué)科類)重大專項(xiàng)項(xiàng)目(No. SKL202302030)資助。