Nat Commun：科學家開發出一種用于早期診斷人類阿爾茲海默病的新型檢測傳感器

體液中細胞因子水平的升高與多種健康狀況有關，對這些處于低濃度的細胞因子生物標志物的檢測或能幫助臨床醫生在早期階段診斷患者的疾病。近日，一篇發表在國際雜志Nature Communications上題為“Ultrasensitive rapid cytokine sensors based on asymmetric geometry two-dimensional MoS2 diodes”的研究報告中，來自西蒙弗雷澤大學等機構的科學家們通過研究開發出了一種用于篩查阿爾茲海默病和其它疾病的新型生物傳感器；這種傳感器能通過檢測一類特殊的小型蛋白來發揮作用，即名為腫瘤壞死因子α（TNFα）的細胞因子，其主要參與到了機體的炎癥發生過程中，異常的細胞因子水平與多種疾病發生直接相關，包括阿爾茲海默病、癌癥、心臟病、自身免疫性疾病和心血管疾病。

TNFα能扮演生物標志物的角色，其是一種能提示機體健康狀態的可測定特征。COVID-19會誘發名為“細胞因子風暴”（cytokine storms）的炎性反應，而且有研究表明，細胞因子抑制劑或許是一種能改善患者生存機會的有效療法。研究者Michael Adachi說道，我們的目標就是開發一種與當前方法相比侵入性更小、廉價且使用起來更簡單的傳感器。研究人員所開發的這些傳感器較小，且能被放置在醫生的辦公室里并能幫助診斷包括人類阿爾茲海默病在內的多種不同疾病。

目前有一些已經建立的方法來檢測機體的生物標志物蛋白，比如ELISA試驗和質譜法等，但這些技術存在幾個缺點，這些當前的方法比較貴，還需要將樣本送至實驗室進行研究，往往需要等待1天甚至更長時間才能得到結果。這種新型生物傳感器非常靈敏，其能在極低濃度下（10 fM）幫助檢測TNFα，且遠低于通常在健康血液樣本中所發現的濃度水平，即200-300 fM。

科學家開發出一種用于早期診斷人類阿爾茲海默病的新型檢測傳感器。

圖片來源：Nature Communications (2022). DOI:10.1038/s41467-022-35278-2

目前對阿爾茲海默病進行篩查測試包括利用調查問卷來確定是否該名個體存在癥狀、大腦成像或進行脊髓穿刺等，其中就包括檢測來自潛在患者腦脊液中的生物標志物蛋白。研究人員已經完成了前期的概念驗證階段，并證明了雙電極二極管傳感器能有效在實驗室中對TNFα進行監測，他們計劃在臨床試驗中來驗證這種生物傳感器從而確保其能有效在含有多種不同干擾蛋白和其它物質的血液樣本中檢測到目標生物標志物蛋白。研究者Hamidreza Ghanbari說道，我們將會繼續測試這種新型設備在利用諸如血液樣本等體液進行相同蛋白檢測的能力，另一個目的就是利用相同的設備和不同的受體來檢測對于阿爾茲海默病更為特殊的蛋白質。

研究者表示，他們還需要確保每個傳感器的制作都與他們試圖預測或檢測的濃度所需要的容許偏差完全相同，而這才是真正的挑戰。這種傳感器依賴于一種半導體的特性，而這種半導體正在用于研究其二維特性，即二硫化鉬（MoS2），這種化合物與普通的半導體、硅或砷化鎵（GaAs）相比而言具有不同的特性，而后者的使用范圍更廣，也更容易被研究和理解?；旧?，研究人員在傳感區域擁有一個半導體，而當靶向性蛋白與傳感器相互作用時就會改變電流的輸出，而通過測定這種改變就能測定體液中所存在的蛋白質的濃度。

研究人員利用一類名為二維材料的納米材料進行研究，這種材料擁有原子級別的薄厚程度，能作為傳感層，而這種稱之為核酸適體（aptamers）的DNA序列也能被用于2D材料之上。一旦生物標志物蛋白被引入傳感器表面，其就會引起電特性的微小改變，而通過觀察傳感層的電輸出，研究人員就能確定這些生物標志物蛋白在簡單溶液中的濃度。綜上，本文研究結果表明，研究人員所開發的二極管傳感器的關鍵優勢就是其簡單的制造過程和電氣讀數，因此其或許未來有望被用于快速且易于使用的診斷工具的開發中。（生物谷Bioon.com）

原始出處：

De Silva, T., Fawzy, M., Hasani, A. et al. Ultrasensitive rapid cytokine sensors based on asymmetric geometry two-dimensional MoS2 diodes. Nat Commun 13, 7593 (2022). doi：10.1038/s41467-022-35278-2