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Nano Res.[探测]│阎锡蕴、王大吉、丁辉:基于铁-卟啉单原子纳米酶的化学发光试纸条用于鼻咽癌患者的EBV抗体快速检测

本篇文章版权为 王大吉丁辉阎锡蕴所有,未经授权禁止转载。

背景介绍


鼻咽癌是一种起源于鼻咽上皮的恶性肿瘤。早期鼻咽癌可通过放化疗得到有效治疗,临床治愈率超过90%,而晚期鼻咽癌易转移,5年生存率低于20%。不幸的是,约80%的鼻咽癌患者在确诊时已进入中晚期,错过了最佳治疗时机。鼻咽癌患者出现爱泼斯坦-巴尔病毒(EBV)感染的比例超过95%,患者血液中的多种EBV相关抗体常被用于鼻咽癌的早期筛查、临床诊断和预后。酶联免疫吸附实验(ELISA)是目前临床上检测EBV抗体的主要手段,然而,ELISA法耗时长、费用贵、对检测人员和设备要求高,不适合在经济落后地区开展鼻咽癌的筛查工作。因此,亟待开发一种快速、灵敏、易操作的检测技术,以促进鼻咽癌的早期筛查。纳米酶是一类具有生物酶活性的纳米材料,与生物酶相比,具有成本低、稳定性高、耐久性好等优点,尤其是铁基纳米酶因其出色的类过氧化物酶活性,在检测和诊断方面得到了广泛的应用。


成果简介


受天然过氧化物酶活性位点结构的启发,我们通过“自下而上”的策略,从头合成了富含铁-卟啉的金属有机框架单原子纳米酶(MOF-FeP)。结果表明,MOF-FeP的催化效率,以及对底物的亲和力均大于辣根过氧化物酶(HRP)和其他已报道的铁基单原子纳米酶。依靠其出色的类过氧化物酶活性,MOF-FeP催化鲁米诺化学发光的性能优于HRP和团队早期研发的Co-Fe@hemin纳米酶。将MOF-FeP整合到传统的试纸条上,我们成功实现了3种EBV抗体的同时检测,检测灵敏度(75.56%-93.30%)超过了商品化的ELISA试剂盒(64.44%-82.22%),整个检测过程在16分钟内即可完成。此外,该试纸条还适用于全血检测,最大程度上简化了采样和检测流程。因此,基于MOF-FeP的化学发光试纸条为EBV抗体的检测提供了一种新的即时检测策略,促进了鼻咽癌及其他EBV相关疾病的早期筛查和诊断。

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示意图:基于MOF-FeP的化学发光试纸条用于EBV抗体的三联检


图文导读


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图1 MOF-FeP的表征。(a) MOF-FeP的设计与合成示意图。MOF-FeP的(b) SEM图,(c) TEM图。(d) MOF-FeP和MOF-0的XRD图谱。(e) MOF-FeP的HAADF-STEM图和(f)放大图,(g)强度图。(h) MOF-FeP的EDS图谱,(i) XPS图谱,(j) Fe2p XPS图谱。


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图2MOF-FeP的类过氧化物酶活性测定。(a) TMB比色反应-时间曲线。(b-c)最适pH和最适温度。(d-e)酶动力学分析。(f)动力学常数统计。(g)随时间化学发光曲线。


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图3MOF-FeP试纸条检测EBV抗体的灵敏度测试。(a) MOF-FeP试纸条示意图。(b)MOF-FeP试纸条的最低检测限。C:控制线;T1:EA-IgA;T2:NA-IgA;T3:VCA-IgA。(c-e) ELISA试剂盒的最低检测限。


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图4(a)鼻咽癌患者和健康人血清中EBV抗体的快速检测。(b) MOF-FeP试纸条与ELISA试剂盒检测EBV抗体的阳性检出率与阴性符合率。


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图5MOF-FeP试纸条检测鼻咽癌患者全血中的EBV抗体。


作者简介


王大吉,理学博士,就职于中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所。主要研究方向为纳米酶的理性设计及其在微生物检测和相关疾病治疗中的应用。先后在Nano Today, Theranostics,NanoResearch,The Journal of Clinical Investigation等期刊发表文章10余篇。获得授权发明专利4项。主持国家自然科学基金、中国博士后科学基金、广东省自然科学基金、中科院青年孵育项目、深圳市自然科学基金共6项。


丁辉,理学博士,就职于深圳市第二人民医院转化与医学研究院。主要研究方向为纳米酶仿生修饰材料在耳鼻咽喉相关疾病中的应用研究,包括鼻咽癌的诊疗、听力毛细胞损伤及保护、听神经保护、中耳炎纳米催化治疗等研究。先后在Signal transduction and targeted therapy, Nano Today, Advance Science, Nano Letters, Nano Research等期刊发表文章15余篇。获得授权发明专利5项。主持多项国家级、省部级及市级项目。


阎锡蕴,医学博士,就职于中国科学院生物物理研究所。在国际上首次提出纳米酶新概念,并将其标准化,发展多项基于纳米酶的“新技术”,设计并研发用于疾病诊断的纳米酶试纸条,获得医疗器械证书,成为全球首个纳米酶新产品。先后在Nature Nanotechnology,Nature Protocols,Nature Communications等期刊上发表论文200余篇,纳米酶首篇论文被引5000余次。撰写出版首部纳米酶专著《Nanozymology》(Springer,2020)。获得授权发明专利30多项。作为项目负责人承担国家863计划、国家自然科学基金重大研究计划等国家级项目。研究成果获得2012年国家自然科学二等奖、2015年Atlas奖。个人获得2017年全国创新争先奖状、2018年谈家桢生命科学成就奖。


文章信息


Wang D, Wang J, Liu D, et al. Rapid and sensitive detection of Epstein-Barr virus antibodies in nasopharyngeal carcinoma by chemiluminescence strips based on iron-porphyrin single atom nanozyme. Nano Research, 2023, https://doi.org/10.1007/s12274-023-5915-4.

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