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Advanced Materials | 可吸收人工尿液标志物探针用于胃肠道癌症的尿检

分享一篇近期发表Advanced Materials上的文章,题目为Ingestible Artificial Urinary Biomarker Probes for Urine Test of Gastrointestinal Cancer文章的通讯作者是南洋理工大学的浦侃裔教授。

    早期结肠癌患者的存活率远远高于晚期患者,因此,结肠癌的早期诊断在延长患者生存时间和提高患者生活质量方面有重要意义。尿液检测是最盛行的非侵入式检测手段,但绝大多数肿瘤相关的内源生物标志物尺寸大于肾脏过滤的阈值,难以进入尿液。因此,人工尿液生物标志物探针作为新的诊断工具具有越来越广泛的应用


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1发展HATS用于原位结肠癌的远程尿检

    本文作者首次提出了口服递送的用于癌症检测的人工尿液生物标志物透明质酸-四嗪/S100纳米粒子(HATS)。如图1所示,该纳米粒子由生物标志物传感部分和运载部分组成。在生物标志物传感部分中,透明质酸与组织蛋白酶B裂解的二肽共价连接,再与聚乙二醇-四嗪的偶联物连接(HA-Tz)。而运载部分是一种商用的pH响应聚合物丙烯酸树脂S100,能够作为肠溶包衣进行结肠靶向的药物递送。在胃和小肠中,HATS能够保持稳定,而进入结肠后,用于运载的S100发生解离,将HA-Tz暴露出来。原位结肠癌中高浓度的组织蛋白酶B将二肽的连接物切断,释放出的聚乙二醇-四嗪能够被血液吸收并过滤到尿液中,并在体外被反式环辛烯猝灭的试卤灵TCO-Reso)所生物正交地检测,从而用于结肠癌的诊断。
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2. 生物标志物传感的HA-Tz的表征

    本文作者先通过羧基四嗪与氨基聚乙二醇的反应将四嗪与聚乙二醇相连,再与带有叠氮基团的二肽反应,然后利用点击化学将其与炔基透明质酸连接。如图2所示,作者利用HPLC证实了HA-Tz能被组织蛋白酶B降解释放出聚乙二醇-四嗪,且具有较快的速度和较好的专一性。对聚乙二醇-四嗪与TCO-Reso的反应进行表征,作者发现,将两者室温下混合十分钟,即能看到新的吸收峰的生成以及荧光发射的显著增加。将HA-Tz与能产生组织蛋白酶B的细胞共孵育,也能实现线性的检测。 
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3HATS的表征

    本文作者利用纳米沉淀法制备了HATS。如图3所示,粒径和zeta电势的变化证实了HATS的成功制备。将HATS在不同pH的溶液中孵育以模拟其在胃、小肠和结肠中的稳定性,实验结果显示HATS能够在低pH下保持稳定而在pH7时降解。而HATS的降解与聚乙二醇-四嗪的显著释放并不重合,说明聚乙二醇-四嗪的释放还与酶切相关。将其在含有组织蛋白酶B的结肠模拟液中孵育,则能观察到显著的释放。 
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4. HATS的胃肠通过与生物分布

    如图4所示,使健康小鼠口服近红外染料标记的HATS。成像结果表明,HATS能在肠道中保持约6小时,且对于尿液利用TCO-Reso检测发现,健康小鼠的肠道基本不导致聚乙二醇-四嗪的释放。对荷瘤小鼠口服施用,能观察到肿瘤部位显著的荧光信号。且对肿瘤组织用TCO-Reso染色,有显著的荧光信号,表明了聚乙二醇-四嗪的存在。 
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5. 基于HATS对于原位结肠癌进行尿液诊断

    如图5所示,对荷瘤小鼠腹腔注射D-荧光素,利用生物发光成像监测肿瘤的生长。从第八天起,隔天对小鼠口服施用HATS并对尿液利用TCO-Reso检测。尿液检测能够从14天其检测出荷瘤小鼠和假手术组的区别,比血清癌胚抗原检测提早了两周,且与生物发光成像的结果一致。这种尿检方式可以被制成便携的溶液试剂盒或试纸,通过加了特制滤光片的手机进行检测。
    综上所述,本文开发了一种人工生物标志物尿液检测方法用于结肠癌的检测,通过丙烯酸树脂的运载使其能够被口服施用。这种人工生物标志物所含的二肽能够被肿瘤部位高表达的组织蛋白酶B裂解从而释放出可肾脏清除的聚乙二醇-四嗪,在尿液中被TCO-Reso检测。该方法能够对结肠癌实现无创的早期检测。

作者ZHR  审校:WLT
DOI: 10.1002/adma.202314084
Link: https://doi.org/10.1002/adma.202314084


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