疾病标志物的脂质体信号放大有机质谱生物传感新方法研究

The detection and characterization of disease biomarkers have great meaning for personalized medicine and optimizing systemic therapy. It has been a great challenge to develop sensitive, high-throughput and low-cost assay methods for disease biomarkers detection in chemistry and biology. Mass spectrometry has many advantages, such as high accuracy, excellent sensitivity, and wide dynamic range. Therefore, mass spectrometry has become an important research platform in clinical medicine in recent years. Via combining the advantages of organic mass spectrometry technology and biosensor technology, the project focuses on the development of novel biosensors for disease biomarkers on the basis liposome signal amplification. Labeling of different disease biomarkers with corresponding liposome, organic mass spectrometry biosensor for sensitive and multiplexed quantitative assay of disease biomarkers will also be explored. A novel biosensor will be established through the systematic study of liposome preparation, target capture, liposome release efficiency and mechanism. The principles form the basis for high sensitivity, robust, rapid, simple and low-cost disease biomarkers assay platform. It can provide a new theoretical basis and technical support for solving the problems of disease biomarkers analysis such as complex operation, high cost, long cycle and limited sensitivity. Briefly, significant theoretical practical values are expected.

疾病标志物的检测与分析对临床恶性肿瘤及相关疾病的有效诊治意义重大，发展高灵敏、高通量以及低成本技术是疾病标志物分析领域的一项挑战性任务。质谱分析法具有准确度高、灵敏度优异、动态范围宽等优点，已成为临床医学中重要的研究平台。本项目拟结合有机质谱分析平台以及生物传感技术，建立基于脂质体信号放大的疾病标志物检测分析的生物传感新方法。以脂质体编码相应的疾病标志物，对多种疾病标志物同时进行高灵敏有机质谱分析。通过对脂质体制备、待测目标捕获、脂质体的释放效率与释放机理进行系统研究，发展灵敏度高、重现性好、快速、简便、低成本的疾病标志物新型生物传感检测技术。为解决传统疾病标志物检测方法操作复杂、分析成本高、检测周期长以及灵敏度有限等一系列难题提供新的理论基础和技术支持。本项目的研究不仅具有较高的学术价值，也具有重要的社会意义和广阔的临床应用前景。

近十年来，我国恶性肿瘤的发病率一直呈上升趋势。目前恶性肿瘤的发病人数在 300 万以上，每年因恶性肿瘤死亡的人数近 160 万，已成为我国城乡居民因病死亡的主要原因。恶性肿瘤致死的主要原因是病情发现晚，以及肿瘤的复发与转移。因此，发展高灵敏、快速、简便及高通量的恶性肿瘤诊断新方法，是关系人类健康和社会稳定的重要科学技术问题。本项目结合有机质谱分析平台以及生物传感技术，建立基于脂质体信号放大的疾病标志物检测分析的生物传感新方法，检测灵敏度达到单分子水平，具有广阔的临床应用前景和重要的社会意义。.本项目主要研究内容包括高灵敏脂质体的制备、有机质谱脂质体计数分析的生物传感新方法研究、多种疾病标志物同时计数分析以及临床样品分析。重要的研究结果：成功制备易于质谱离子化的脂质体；实现脂质体粒径的准确控制；脂质体的高效释放；RNA病毒核酸的高灵敏非扩增检测；实现疾病标志物的单分子水平高灵敏度检测；所建立的传感方法已应用于临床样品分析。其中一成果发表于Analytical Chemistry (2022, 94, 16, 6120-6129) 期刊。.此外，我们研究组还制备一些纳米材料，并考察了纳米材料抗肿瘤治疗效果，治疗途径涉及化学动力学治疗、光热以及光动力治疗。利用高分辨质谱仪首次探索研究纳米材料抗肿瘤药物的代谢物以及代谢通路，阐明相关的代谢机理。这些研究成果已初步整理，有三篇SCI论文正在投稿中。.本项目所构建的脂质体信号放大有机质谱计数分析方法灵敏度高，达到单分子检测水平。此外，还能够进行多个目标物的同时在线分析。该方法不仅适用于临床常规疾病标志物的测试，同样适用于超低浓度的疾病标志物的筛查，特别是疾病极早期的预警筛查。所构建的超灵敏质谱分析方法能够测试核酸（病毒核酸、miRNA、突变DNA片段）、蛋白质、肽段等疾病标志物，在临床疾病的诊疗中意义重大。本项目研究基本达到预期。目前有3篇论文正在投稿中。