神奇的“电子鼻”：能嗅出药物对心脏的伤害

心肌损伤时，心肌肌钙蛋白I（cTnI）作为关键生物标志物，其分泌水平显著上升，可用于评估药物诱导的心肌损伤。然而，传统的检测方法如酶联免疫吸附试验（ELISA）、表面等离子体共振等存在耗时、操作繁琐等弊端。电化学生物传感器因其高灵敏度、快速响应等优势脱颖而出，但如何提高其灵敏度和抗干扰能力仍是关键问题。

为解决这一难题，早期评估药物的心脏毒性变得至关重要。近期，一项发表在《Journal of Pharmaceutical Analysis》的研究成果，为这一领域带来了新的突破。该研究由广东药科大学的杨泽林、陈希林等研究人员联合重庆医药科技学院的邵钱团队共同完成。他们成功开发了一种新型无标记电化学生物传感器，能够对细胞培养基中的心肌细胞分泌物进行原位监测，从而评估药物诱导的心肌损伤。

研究内容

图 1 用于cTnI分析的竞争性电化学生物传感平台的示意图和制备

图1为此次研究开发的无标记电化学适体传感器。该传感器由信号纳米探针（CAHA）和基于金纳米颗粒、DNA纳米四面体修饰的检测工作电极组成。CAHA由铜基金属有机框架、AuPt纳米颗粒、辣根过氧化物酶和适体构成。当传感器接触心肌细胞分泌液时，cTnI与适体竞争性结合，使CAHA从电极表面释放，导致电化学信号改变，进而实现对cTnI的检测。

图 2 信号探针的形貌和结构表征

如图2，扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）图像显示，Cu-NMOF呈球形，AuPt NPs均匀分布在其表面，为适体提供更多附着位点，增强对目标的识别能力。此外，图2中高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）图像也进一步展示了AuPt NPs在Cu-NMOF上的晶体分布特征。

图 3 NiCo-M (Cu/Fe/Zn) MOFs 的结构表征

通过对不同金属离子核心的MOF材料研究（图3），发现NiCoCu MOF具有最佳催化性能，其独特的二维超薄纳米片结构能提供更大的反应表面积，利于电荷存储和活性位点暴露。

图 4 心肌肌钙蛋白I（cTnI）电化学生物传感器的可行性

该传感器的可行性和性能也通过一系列实验得到验证。从图4可知，原子力显微镜（AFM）图像展示了电极底物材料NiCoCu MOF和NTH-cDNA的结构特征，琼脂糖凝胶电泳验证了NTH-cDNA的成功组装。电化学阻抗谱（EIS）结果确认了适体传感器的成功构建。

通过检测性能研究发现，随着cTnI浓度增加，差分脉冲伏安法（DPV）峰电流降低，在0.001-100ng/mL范围内呈现良好的线性关系，检测限低至0.31pg/mL。同时，该传感器对cTnI具有高选择性，受其他蛋白干扰极小。

图 5 评估阿霉素（DOX）刺激的H9C2细胞中心肌肌钙蛋白I（cTnI）的分泌

研究人员还用阿霉素（DOX）刺激心肌细胞H9C2来评估传感器的实用性。免疫荧光图像（图5C）显示，随着DOX浓度增加，H9C2细胞活力下降；流式细胞术分析（图5D）表明细胞凋亡率上升。该传感器检测到的cTnI水平变化趋势（图5F）与ELISA结果（图5E）一致，但检测时间更短。

此次研发的无标记电化学适体传感器，凭借其高灵敏度、高选择性和快速检测的优势，为评估抗肿瘤药物的心脏毒性提供了有力工具，有望在临床治疗中实现对早期心肌损伤的实时监测，推动个性化医疗的发展。。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jpha.2025.101234