热点应用 |NIR-II信号放大探针实现早期结直肠癌的无创诊断

      结直肠癌（CRC）是癌症相关死亡的第二大原因，早期检测对于制定治疗策略和提高患者生存率至关重要。然而，目前常用的结肠镜检查和活检方法具有侵入性，伴随穿孔、出血等风险，并且在癌症早期阶段灵敏度不足。相比之下，分子水平的变化（如生物分子异常表达）比生理结构变化更早发生，为癌症早期检测提供了候选生物标志物。近年来，微小RNA（miRNA）因其在基因表达调控和免疫介导紊乱中的重要作用而备受关注。特别是miRNA-21，作为一种在CRC中过表达的生物标志物，通过调控PTEN/PI3K/Akt信号通路影响肿瘤的生物学行为。因此，实时、灵敏且准确地检测体内低丰度miRNA对于早期CRC诊断具有重要意义。

      针对以上难题，研究团队提出了一种基于第二近红外长波窗口（NIR-II-L，1500-1900 nm）的放大感应策略，用于早期CRC的非侵入性诊断。该策略结合了DNAzyme触发的信号放大技术和稀土染料杂化系统，以实现对miRNA-21的高灵敏度检测。miRNA-21作为一种在CRC中过表达的生物标志物，通过调控PTEN/PI3K/Akt信号通路影响肿瘤的生物学行为。本研究开发的CRCsensor利用miRNA-21激活DNAzyme，切割并释放IR820染料，从而放大NIR-II-L信号。这种信号放大技术显著提高了对低丰度miRNA的检测灵敏度，检测限达到1.26 pM。通过非侵入性直肠给药，CRCsensor能够有效覆盖结直肠区域，并在化学诱导的CRC小鼠模型中提前检测到miRNA-21的过表达，为早期CRC的非侵入性诊断和长期监测提供了新的可能性。该策略不仅提高了检测的灵敏度和特异性，还确保了高生物安全性，为未来CRC的早期筛查和监测提供了有力工具。

图1. （A）NIR-II-L CRCsensor的组成以及（B）在原位CRC小鼠模型中的检测miRNA-21传感机制。

      不仅如此，该研究为早期CRC的非侵入性诊断和长期监测提供了新的可能性。未来的研究可以进一步优化CRCsensor的性能，提高其在复杂生物环境中的稳定性和灵敏度。此外，该策略有望扩展到其他癌症相关生物标志物的检测，为多种癌症的早期筛查和监测提供有力工具。随着技术的不断进步，这种非侵入性、高灵敏度的检测方法有望在临床应用中得到推广，从而提高患者的生存率和生活质量。

图2.（A）不同阶段癌变小鼠的NIR-II-L比率发光成像示意图。（B，C）不同时间点CRC小鼠的代表性体内NIR-II-L发光和比率图像以及相应的信号强度和比率值。比例尺：1.0 cm。（D，E）CRC小鼠的代表性体外NIR-II-L发光和比率图像以及相应的信号强度和比率值。比例尺：1.0 cm。F) 结直肠可疑病变的H&E和IHC分析结果。比例尺：200 µm（H&E，IHC）和5 mm（明场）。（G）癌症检测方法的比较。BF：明场。

     团队基于CRCsensor良好的CRC监测性能，通过化学诱导策略建立了结直肠癌变小鼠模型，使用CRCsensor对不同阶段的miRNA-21进行非侵入性检测。结果显示，miRNA-21的表达在癌变早期显著升高，CRCsensor能够在第3周检测到高风险癌变病变，比传统的组织学分析方法更早。这表明CRCsensor可实现结直肠癌变的早期、非侵入性诊断，并为长期监测潜在癌变提供可能。

参考文献：

1. Fuheng Zhai, Baofeng Yun, Jiang Ming, Tianyu Yu, Benhao Li*, Xiao Liu, Xusheng Wang, Zi-Han Chen, Changfeng Song, Mengyao Zhao, Wenlin Li, Zhebin Liu, Aibin Liang*, Jiyu Li*, Fan Zhang*, Non-Invasive Diagnosis of Early Colorectal Cancerization via Amplified Sensing of MicroRNA-21 in NIR-II Window, Adv. Mater. 2025, 2501378, DOI: 10.1002/adma.202501378

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