针对以上难题,张凡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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