TrAC：纳米材料在生物分离分析方面的应用进展

早期诊断不仅可以大大提高生存率，还可以减轻病人的精神和经济负担，提高重大疾病包括癌症患者的生命安全和生活质量。到目前为止，已经有许多特定种类的生物成分，如细胞、蛋白质/多肽、外泌体、核酸和代谢物等被证明与各种疾病密切相关。这些生物成分可以直接或间接反映疾病的状态，被认为是非常有潜力的生物标志物，在早期诊断方面具有很大的潜在价值。然而所有这些生物成分，特别是与癌症等疾病密切相关的生物成分，都面临着一个共同的挑战，即转化为有价值的信息。分析它们都面临着相同的困境，他们具有自身丰度较低，所处生物样本的复杂性等普遍性。另外，CTCs与聚糖的异质性、循环肿瘤DNA (ctDNA)的高碎片化、质谱分析中磷酸化和糖基化的电离效率较低等，导致它们难以用质谱或其他高灵敏度仪器直接分析。因此，从复杂的生物样品中富集和分离它们，提高它们的相对丰度，从而达到高灵敏度检测的目的是必不可少的步骤。近年来，对于每一种生物成分，研究者们开发出各种分离方法，其中应用最广泛的一种方法就是基于纳米材料的技术。纳米材料在制备和操作上具有很大的灵活性，通常由基质、连接剂和功能部件组成，可以通过多种途径可控地制备。

复旦大学附属中山医院沈锡中教授团队一直致力于研究开发肿瘤早期诊断标志物的筛查技术，以期实现肿瘤患者的早诊早疗，从而延长患者生命，减少医疗费用，减轻社会负担。近期，沈锡中教授团队和复旦大学化学系邓春晖教授团队在Trends in Analytical Chemistry 上发表了题为“Advanced nanomaterials as sample technique for bio-analysis”的综述论文。该综述对近年来纳米材料在细胞、蛋白质/多肽、核酸、外泌体和代谢产物等生物组分分离分析方面的研究进展进行了全面的总结。

下图所示为功能化纳米材料分离分析不同生物成分的概览图。作者根据分离分析成分的不同，进行了纳米材料对循环肿瘤细胞、蛋白质、核酸、外泌体、代谢物等生物成分的分离分析的系统总结，并详细评述了这些纳米材料在这些不同生物成分分离分析中的应用。该综述的主要内容根据分离分析生物组分的不同主要分为五个部分。第一部分首先详细介绍了近年来纳米材料在循环肿瘤细胞分离分析中的应用。这部分内容主要介绍了抗体、蛋白质/肽段、叶酸/透明质酸/糖原体、适配体、、硼酸等作为功能部分嫁接在不同的纳米基质表面，实现循环肿瘤细胞的分离分析。第二部分详细介绍了近年来纳米材料在蛋白质/肽段分离分析中的应用。分别对低丰度肽段、糖基化肽段、磷酸化肽段等分别富集和同时富集的纳米材料进行了综述。第三部分详细介绍了近年来纳米材料对生物样本中核酸的分离分析应用，包括对DNA和RNA的分离分析。第四部分内容详细介绍了近年来纳米材料在外泌体分离分析中的应用。第五部分简述了纳米材料在药物、非法物质、氨基酸等代谢物分离分析中的应用进展。虽然有一些关于类似主题的具有指导性的综述报道，但没有一篇综述全面描述了纳米材料在不同生物成分分离和分析中的应用。本文旨在对纳米材料在生物分离与分析中的制备和应用进行全面综述，并鼓励设计更多具有更好分离效果的先进纳米材料，为临床发现可行的早期生物标志物提供帮助。

功能化纳米材料在生物分离分析中的应用概览

这一成果近期发表在Trends in Analytical Chemistry 上，文章的通讯作者为复旦大学附属中山医院沈锡中教授和复旦大学化学系邓春晖教授，第一作者为孙念荣青年副研究员。相关工作得到国家重点研发项目和国家自然科学基金的资助。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Advanced nanomaterials as sample technique for bio-analysis

Nianrong Sun, Hailong Yu, Hao Wu, Xizhong Shen, Chunhui Deng

Trends Anal. Chem., 2021, 135, 116168. DOI: 10.1016/j.trac.2020.116168