自己在家就能诊断早期膀胱癌！这篇Nature Biomedical Engineering实现技术突破！

小奇

2024-12-09

每年有50万例新的膀胱癌病例和20万例与膀胱癌相关的死亡病例。早期膀胱癌在手术后的复发率超过70%，而晚期膀胱癌的生存率低，需要进行膀胱切除，这可能会损害患者的生活质量。因此，需要通过频繁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、痛苦且昂贵，因此不适合频繁监测。基于检测尿液生物标志物的现场诊断工具显示出作为非侵入性方法的潜力，成本低廉且易于获取。然而，它们通常缺乏灵敏性，这对于检测尿液生物标志物水平低的早期癌症是一个问题。尿液样本的异质性也影响了这些测试的有效性；例如，85%的膀胱癌患者出现血尿，这可能导致假阴性。需要进行现场测试，以提供不受尿液异质性影响的准确诊断结果，以便早期检测膀胱癌。

韩国科学技术研究院Youngdo Jeong等研究人员开发了一种家用诊断平台，用于检测早期膀胱癌，使用的是未经处理的尿液样本。

浮力提升生物干扰正交有机凝胶信使（buoyancy-lifted bio-interference-orthogonal organogel messenger, BLOOM）平台采用了双相系统，使用水凝胶膜分离生物标志物识别和信号生成。进行测试时，用户将尿液倒入样本腔，并添加一层十二烷油。如果存在尿液透明质酸酶——膀胱癌的生物标志物——会降解样本腔底部的水凝胶膜，以释放浮力有机凝胶，这些凝胶浮到双相系统中的有机相。然后有机凝胶在有机层中溶解并释放尼罗红染料，产生溶剂变色荧光。这个过程无论尿液是否被血液污染都会发生。

研究人员在一项双盲研究中评估了BLOOM的性能，研究涉及80个来自患有膀胱癌或其他泌尿生殖系统疾病的患者的尿液样本和25个来自健康参与者的样本，结果显示检测膀胱癌的准确率约为90%。这比FDA批准的NMP22快速试剂盒在同一队列中仅显示20%的准确率有所提高。BLOOM对于早期膀胱癌和所有阶段的癌症显示出类似的诊断准确性，验证了这种检测方法适用于早期膀胱癌的检测。可以认为该工具比其他测试相对更高的准确性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。该技术不需要洗涤过程，因此避免了伴随的人为错误的可能性。

此外，BLOOM检测还提供了基于智能手机的信号读取器和应用程序，适用于资源有限的环境和家庭使用。相信这种低成本、用户友好且准确的家用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。

图|BLOOM系统

使用双相系统进行生物标志物识别和信号传导的空间分离可以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自然的水溶性而倾向于停留在水层中。因此，这个平台可以用来测试其他异质性生物流体，如未经处理的全血。使用浮力进行信号传导的系统应该比其他使用化学反应进行信号传导的方法受生化干扰的影响较小。尽管有些物质会粘附在浮动的有机凝胶上，例如蛋白质和重金属离子，但这并不会显著抑制浮力。双相概念消除了对生物流体样本的预处理需求，实现了准确诊断，并为解决液体活检中各种生物传感器面临的问题提供了线索。

BLOOM检测有一些局限性。使用基于酶的生物标志物的局限性，如它们对pH、温度和离子强度变化的活性敏感性，必须得到解决。此外，BLOOM需要三个小时，而更快速的读数将是有益的。还需要改进以找到不需要便携式读卡器的读数方法。

为了使BLOOM的实际应用成为可能，目前正在进行扩展的临床测试、先进的制造设计用于大规模生产以及基础研究以找到透明质酸酶在膀胱癌中的作用模式。

参考文献：

1. 1.   Keum, C., Yeom, H., Noh, T.I. et al. Diagnosis of early-stage bladder cancer via unprocessed urine samples at the point of care. Nat. Biomed. Eng (2024).

https://doi.org/10.1038/s41551-024-01298-0

1. 2.   A two-phase point-of-care diagnostic device for bladder cancer. Nat. Biomed. Eng (2024).

https://doi.org/10.1038/s41551-024-01301-8