Nature BME | 通过床旁未处理的尿液样本诊断早期膀胱癌

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韩国科学技术研究院（KIST）生物医学研究部高级生物分子识别中心Changjoon Keum等人开发了一种用于检测膀胱癌的设备以及评估了其即时性能，该设备能够消除对样本处理的要求。11月28日，相关研究工作以“Diagnosis of early-stage bladder cancer via unprocessed urine samples at the point of care”为题发表于《Nature Biomedical Engineering》。

每年有 500,000 例新的膀胱癌病例和 200,000 例与膀胱癌相关的死亡。早期膀胱癌术后复发率高，超过 70%，晚期膀胱癌生存率低，需要膀胱切除，这会损害患者的生活质量。因此，需要通过频繁的筛查进行早期和准确的诊断。目前基于膀胱镜检查的筛查方法具有侵入性、痛苦和昂贵，因此不是频繁监测的最佳选择。基于通过检测尿液生物标志物来诊断膀胱癌的即时诊断工具显示出作为一种低成本且高度可及的非侵入性方法的前景。然而，它们通常缺乏敏感性，这对于检测尿液生物标志物水平低的早期癌症来说是一个问题。尿液样本的异质性也会影响此类测试的有效性；例如，85% 的膀胱癌患者会出现血尿，并可能导致假阴性。早期膀胱癌检测需要提供准确诊断结果的即时检测，无论尿液异质性如何。

研究者们开发了一个家庭诊断平台，用于使用未经处理的尿液样本检测早期膀胱癌。浮力提升生物干扰正交有机凝胶信使（BLOOM）平台使用双相系统，使用水凝胶膜将生物标志物识别和信号生成分开。为了进行测试，用户将尿液倒入样品室并添加一层十二烷油。如果存在，尿透明质酸酶 — 膀胱癌的生物标志物— 降解样品室底部的水凝胶膜以释放浮力有机体，这些有机体漂浮到双相系统中的有机相。然后有机凝胶溶解在有机层中并释放出尼罗红染料，从而产生溶剂变色荧光（图1，d）。无论尿液是否被血液污染，这个过程都会发生。

用于BC诊断的BLOOM示意图。图片来源：Nature BME（2024）

研究者们在一项双盲研究中评估了 BLOOM 的性能，该研究使用了来自膀胱癌或其他泌尿生殖系统疾病患者的 80 份尿液样本和来自健康参与者的 25 份样本，结果显示检测膀胱癌的准确性约为 90%。这比 FDA 批准的 NMP22 快速试剂盒有所改进，后者在同一队列中仅显示出 20% 的准确率。BLOOM 对早期膀胱癌和所有阶段的癌症显示出相似的诊断准确性，验证了该检测适用于早期膀胱癌检测。

该工具相对于其他测试的准确性相对较高，这是由于两相系统提供的无干扰信号生成，这允许克服尿液样本的异质性，减轻样本间的变化。该技术不需要清洗过程，因此避免了伴随而来的人为错误的可能性。

此外，BLOOM 检测试剂盒还提供基于智能手机的信号读取器和应用程序，可在资源有限的环境和家中使用。这种低成本、用户友好且准确的家庭膀胱癌检测诊断工具将使频繁检测成为可能，并增加早期发现的可能性。

浮力有机凝胶信使的制造和溶剂变色信号的转导

使用BLOOM进行Hdase检测

使用两相系统对生物标志物识别和信号转导进行空间分离可防止尿液中各种物质的干扰，因为大多数生物流体物质由于其固有的水溶性而倾向于留在水层中。因此，该平台可用于测试其他异质性生物流体，例如未经处理的全血。与其他使用化学反应进行信号转导的方法相比，使用浮力进行信号转导的系统应受生化干扰的影响较小。尽管一些物质会粘附在漂浮的有机器上，例如蛋白质和重金属离子，但这不会显著抑制漂浮。两阶段概念消除了对生物流体样本进行预处理的需要，能够进行准确诊断，并为解决用于液体活检的各种生物传感器面临的问题提供线索。