近日，我院黄又举教授团队与宁波大学附属第一医院合作开发用于诊断前列腺癌骨转移的可视化比色生物传感器方面取得新进展。相关研究结果以“Distinguishable Colorimetric Biosensor for Diagnosis of Prostate Cancer Bone Metastases”为题在Advanced Science (Q1, IF=15.1)期刊接收。DOI: 10.1002/advs.202303159。

前列腺癌骨转移(PCa-BM)是一种无法治愈的形式，具有高发病率和死亡率。这一发生发展可导致病理性骨折和脊髓受压，引起严重的神经和功能障碍。此外，还会导致代谢紊乱和严重并发症，使患者面临死亡风险。当务之急是采取有效措施来缓解这种严重的情况。通过及时的骨转移诊断和控制疾病的发展程度可以降低疾病恶化的风险。然而，影像学检查需要较长的分析时间、昂贵的设备、专业人员和缓慢的周转时间，并且还存在辐射和过敏等潜在风险，无法满足日益增长的及时诊断需求。因此，开发一种快速、省力、经济、易操作、便于携带的生物传感器至关重要，一种新的可视化技术有望解决上述问题。

既往研究表明，碱性磷酸酶(ALP)是临床中广泛使用的监测PCa-BM的指标，其作为PCa-BM的生物标志物具有出色的特异性(98%)和敏感性(60%)。骨转移的发生导致大量成骨细胞增殖，引起ALP水平升高。当骨转移发生时，会增加血清中的ALP表达水平。将ALP的异常升高变化与正常水平(40-150 U/L)相比，可用来监测骨转移的发生和发展。然而，目前大多数方法在150 U/L左右的颜色识别直观程度较低，无法在PCa-BM早期诊断中实现关键的颜色区分以判别ALP的异常表达。因此，值得进一步开发更简便、高分辨率的视觉信息处理技术，用于肉眼检测识别异常的ALP浓度，并实现骨转移早期诊断。

黄又举教授团队提出了一种基于颜色复合高分辨的可视化比色传感器，可实现PCa-BM的早期监测。其优势是产生显着高分辨响应视觉信息，能够通过分析物引起的均匀色调变化转换为易于感知的叠加色调，最大限度地提高肉眼识别能力。该比色可视化反应是根据ALP特异性反应诱导的颜色叠加清晰地区分临界浓度。反应包括抗坏血酸(AA)诱导金纳米双锥(Au NBP)上银层沉积的可视化和(NO特异性响应染料)Rd显色可视化。其中150 U/L的临界ALP值是无法通过Au NBP或Rd的单独颜色反应直观地识别。但利用颜色叠加原理并结合两种比色反应，可实现肉眼区分高于和低于150 U/L阈值的颜色。同时，彩色图像中的重要颜色参数如红绿蓝(RGB)三通道强度和CIELAB坐标L*、a*和b*进一步获得精确的可视化信息。该染料叠加增强比色可视化方法可成功用于患者样本中异常ALP的监测，即实现PCa-BM早期的快速诊断。这对于PCa-BM的日常监测以及时告知患者疾病进展具有重要的发展意义。

图1. ALP浓度的可区分高分辨比色分析示意图

图2. 高分辨率比色可视化传感器对ALP目视监测的性能结果

图3. 高分辨率比色可视化传感器对PCa-BM患者进行目视监测和筛查结果

宁波大学附属第一医院与杭州师范大学联合培养硕士研究生李明和杭州师范大学材料与化学化工学院丁彩萍博士为该论文的共同第一作者，宁波大学附属第一医院严泽军教授，宁波大学郭智勇教授和杭州师范大学材料与化学化工学院黄又举教授为该论文的共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金等项目的资助。

https://doi.org/10.1002/advs.202303159