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韓國科學(xué)技術(shù)研究院 （KIST） 生物醫(yī)學(xué)研究部高級(jí)生物分子識(shí)別中心Changjoon Keum等人開發(fā)了一種用于檢測(cè)膀胱癌的設(shè)備以及評(píng)估了其即時(shí)性能，該設(shè)備能夠消除對(duì)樣本處理的要求。11月28日，相關(guān)研究工作以“Diagnosis of early-stage bladder cancer via unprocessed urine samples at the point of care”為題發(fā)表于《Nature Biomedical Engineering》。

每年有 500,000 例新的膀胱癌病例和 200,000 例與膀胱癌相關(guān)的死亡。早期膀胱癌術(shù)后復(fù)發(fā)率高，超過 70%，晚期膀胱癌生存率低，需要膀胱切除，這會(huì)損害患者的生活質(zhì)量。因此，需要通過頻繁的篩查進(jìn)行早期和準(zhǔn)確的診斷。目前基于膀胱鏡檢查的篩查方法具有侵入性、痛苦和昂貴，因此不是頻繁監(jiān)測(cè)的最佳選擇。基于通過檢測(cè)尿液生物標(biāo)志物來診斷膀胱癌的即時(shí)診斷工具顯示出作為一種低成本且高度可及的非侵入性方法的前景。然而，它們通常缺乏敏感性，這對(duì)于檢測(cè)尿液生物標(biāo)志物水平低的早期癌癥來說是一個(gè)問題。尿液樣本的異質(zhì)性也會(huì)影響此類測(cè)試的有效性；例如，85% 的膀胱癌患者會(huì)出現(xiàn)血尿，并可能導(dǎo)致假陰性。早期膀胱癌檢測(cè)需要提供準(zhǔn)確診斷結(jié)果的即時(shí)檢測(cè)，無論尿液異質(zhì)性如何。

研究者們開發(fā)了一個(gè)家庭診斷平臺(tái)，用于使用未經(jīng)處理的尿液樣本檢測(cè)早期膀胱癌。浮力提升生物干擾正交有機(jī)凝膠信使 （BLOOM） 平臺(tái)使用雙相系統(tǒng)，使用水凝膠膜將生物標(biāo)志物識(shí)別和信號(hào)生成分開。為了進(jìn)行測(cè)試，用戶將尿液倒入樣品室并添加一層十二烷油。如果存在，尿透明質(zhì)酸酶 — 膀胱癌的生物標(biāo)志物— 降解樣品室底部的水凝膠膜以釋放浮力有機(jī)體，這些有機(jī)體漂浮到雙相系統(tǒng)中的有機(jī)相。然后有機(jī)凝膠溶解在有機(jī)層中并釋放出尼羅紅染料，從而產(chǎn)生溶劑變色熒光（圖1，d）。無論尿液是否被血液污染，這個(gè)過程都會(huì)發(fā)生。

用于BC診斷的BLOOM示意圖。圖片來源：Nature BME（2024）

研究者們?cè)谝豁?xiàng)雙盲研究中評(píng)估了 BLOOM 的性能，該研究使用了來自膀胱癌或其他泌尿生殖系統(tǒng)疾病患者的 80 份尿液樣本和來自健康參與者的 25 份樣本，結(jié)果顯示檢測(cè)膀胱癌的準(zhǔn)確性約為 90%。這比 FDA 批準(zhǔn)的 NMP22 快速試劑盒有所改進(jìn)，后者在同一隊(duì)列中僅顯示出 20% 的準(zhǔn)確率。BLOOM 對(duì)早期膀胱癌和所有階段的癌癥顯示出相似的診斷準(zhǔn)確性，驗(yàn)證了該檢測(cè)適用于早期膀胱癌檢測(cè)。

該工具相對(duì)于其他測(cè)試的準(zhǔn)確性相對(duì)較高，這是由于兩相系統(tǒng)提供的無干擾信號(hào)生成，這允許克服尿液樣本的異質(zhì)性，減輕樣本間的變化。該技術(shù)不需要清洗過程，因此避免了伴隨而來的人為錯(cuò)誤的可能性。

此外，BLOOM 檢測(cè)試劑盒還提供基于智能手機(jī)的信號(hào)讀取器和應(yīng)用程序，可在資源有限的環(huán)境和家中使用。這種低成本、用戶友好且準(zhǔn)確的家庭膀胱癌檢測(cè)診斷工具將使頻繁檢測(cè)成為可能，并增加早期發(fā)現(xiàn)的可能性。

浮力有機(jī)凝膠信使的制造和溶劑變色信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)

使用BLOOM進(jìn)行Hdase檢測(cè)

使用兩相系統(tǒng)對(duì)生物標(biāo)志物識(shí)別和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)進(jìn)行空間分離可防止尿液中各種物質(zhì)的干擾，因?yàn)榇蠖鄶?shù)生物流體物質(zhì)由于其固有的水溶性而傾向于留在水層中。因此，該平臺(tái)可用于測(cè)試其他異質(zhì)性生物流體，例如未經(jīng)處理的全血。與其他使用化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的方法相比，使用浮力進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的系統(tǒng)應(yīng)受生化干擾的影響較小。盡管一些物質(zhì)會(huì)粘附在漂浮的有機(jī)器上，例如蛋白質(zhì)和重金屬離子，但這不會(huì)顯著抑制漂浮。兩階段概念消除了對(duì)生物流體樣本進(jìn)行預(yù)處理的需要，能夠進(jìn)行準(zhǔn)確診斷，并為解決用于液體活檢的各種生物傳感器面臨的問題提供線索。

使用臨床患者樣本評(píng)估BLOOM用于BC篩查

帶有智能手機(jī)應(yīng)用程序的BLOOM POC設(shè)備的設(shè)計(jì)和診斷性能

BLOOM 檢測(cè)有一些局限性。必須解決使用基于酶的生物標(biāo)志物的局限性，例如它們對(duì)響應(yīng) pH 值、溫度和離子強(qiáng)度的活性變化的敏感性。此外，BLOOM 需要三個(gè)小時(shí)，更快速的讀數(shù)將是有益的。

為了實(shí)現(xiàn) BLOOM 的實(shí)際應(yīng)用，目前該研究正在進(jìn)行擴(kuò)展的臨床試驗(yàn)、用于大規(guī)模生產(chǎn)的先進(jìn)制造設(shè)計(jì)以及尋找透明質(zhì)酸酶在膀胱癌中的作用方式的基礎(chǔ)研究。

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A two-phase point-of-care diagnostic device for bladder cancer