研究背景

前列腺癌位居全球男性癌症发病率第6位，晚期患者治疗效果差，复发率超60%，所以对于前列腺癌的早期筛查至关重要。前列腺特异性抗原（PSA）主要有前列腺产生，被公认是前列腺癌的关键生物标志物，并且与患者接受治疗后的结果密切相关。开发PSA灵敏检测的方法对于前列腺癌症的早期筛查及治疗后复发风险的诊断至关重要。目前已经开发了包括放射免疫测定法、免疫传感器、酶联免疫吸附阵列和表面增强拉曼散射结合程序。但是这些法通常依赖于涉及抗体的免疫反应，而抗体面临与其稳定性、储存和改变相关的挑战。此外，这些方法不方便、劳动强度大、复杂、成本高、耗时且依赖作员。基于上述挑战，Seyed Mohammad Taghdisi团队将目光放在了含有适配体的生物传感器上。与传统的抗体相比，适配体更加稳定，并且可以定制不同的官能团、标签分子等。此研究构建的传感器基于 CRISPR/Cas12a对LC传感器进行增强。可以监测 ag/mL级别的 PSA 生物标志物水平。这使得临床研究人员只需稀释血清样品即可消除蛋白质和血脂等干扰因素的影响，从而减少检测过程中可能出现的误差。

研究原理

传感器的检测主要分为三个步骤：CRISPR激活开关、液晶光学放大、信号量化（图1）。

图1 传感器工作原理示图

 在无PSA存在时：适配体（Aptamer）与crRNA结合，从而会激活Cas12a反式切割的活性，对基底的ssDNA进行剪切；而当PSA存在时，适配体会优先结合PSA，从而CRISPR系统失活，ssDNA将保持完整。基于此原理对PSA进行检测。信号发生后，剪切后的短链ssDNA（5 bp）与对照剂DMOAP表面活性剂一起，会导致液晶垂直排列，从而能够在偏光显微镜下呈现暗场；而完整的ssDNA（＞24 bp）则会破坏液晶取向从而产生肉眼可见的彩色旋光信号。最后对光学信号进行量化，通过ImageJ分析灰度值（Mean Gray），建立PSA浓度-显色强度定量模型（图2）

图2 灰度值与PSA浓度的定量关系

研究亮点

该设备的具有极高的灵敏度（0.28 ag/mL），这相当于1毫升血清中检测28个PSA分子，比纳米粒子增强型传感器灵敏度高3个数量级。并且规避了传统荧光/酶标记对适配体亲和力的干扰，显色信号可以通过偏光显微镜观察（图3）。除了灵敏度高外，该设备还大幅缩短了检测时间，能够在45分钟内实现PSA的极快速检测。

图3 不同浓度PSA下的显色响应

研究人员还对实际样本进行了检测，对血清样本检测的加标回收率达97.87-99.57%，并且癌症患者的样本误差<3.2%。除了高灵敏度、快速、准确的优点之外，该设备还展现出极高的特异性，对SNCA/HSA等8种干扰物无响应（图4）。

图4 传感器特异性验证

总结及展望

此研究构建的传感器在成本、操作方面均具有优势。由于检测无需纳米材料或抗体，单个检测成本下降80%；并且检测灵敏度高，达到ag/mL级别，也就意味着只需要简单稀释血清即可消除血脂干扰，适合基层应用；并且设备具备便携潜力，可集成智能手机显微镜实现床旁检测。但此研究仍有一定的限制，LC的明亮质地限制了开发的适配体在多光实验室中的应用，因此设计一种基于LC的适配体传感器及其可在抑制环境（高温和光照）中使用的外围设备或是未来的研究目标。

 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2025.117654