新型電化學傳感器助力橋本甲狀腺炎早期診斷與監測

橋本甲狀腺炎是一種器官特異性自身免疫性疾病,為甲狀腺炎中最常見的臨床類型，尤其以30～50歲女性多見。近30年該病發病率迅速上升，特別是處于青春期、育齡期、更年期的女性最容易發病。

近日，河南中醫藥大學楊懷霞教授團隊通過與河南省中醫方證信號傳導重點實驗室主任司富春教授合作，在甲狀腺病的癥候分布及癥候演變規律、相關抗體篩選、早期精準診療技術開發等方面取得重要突破。相關成果發表于國際權威學術雜志《Sensors and Actuators B: Chemical》。此成果也是該團隊指導本科生進行科學研究取得的創新成果之一。

為何研究？

“甲狀腺癌是一種起源于甲狀腺濾泡上皮或濾泡旁上皮細胞的惡性腫瘤，也是頭頸部最為常見的惡性腫瘤。”河南中醫藥大學教授劉艷菊告訴《中國科學報》。

據了解，近年來，全球范圍內的甲狀腺癌發病率持續迅速增長，已成為全球第七大惡性腫瘤。據國家癌癥中心最新發布2022年我國惡性腫瘤數據顯示，甲狀腺癌年齡特異性發病率已居所有惡性腫瘤第三位，嚴重威脅中國居民健康。

此外，橋本甲狀腺炎患者更容易受到心血管疾病和惡性腫瘤的影響，已成為嚴重威脅人類健康和生活質量的常見病。

“然而，目前尚無有效的預防和治療橋本甲狀腺炎的方法。中醫理論認為甲狀腺病主要與“肝”、“脾”、“腎”等臟腑功能失調有關，病因多與情緒不暢、飲食失節、外邪侵襲等有關。辨證論治是中醫治療的核心。因此，開發有效的橋本甲狀腺炎診療方法對于監測疾病進展和改善治療效果具有重要意義。”劉艷菊說。

納米材料和聚合技術

目前，已有各種檢測疾病蛋白標記物的方法被報道，如免疫細胞化學、酶聯免疫吸附試驗、電化學傳感等。在這些方法中，電化學傳感器因其特異性強、反應快、成本較低、便攜性好等固有優點，近年來受到廣泛關注。

然而，基于1：1目標信號識別的電化學方法限制了其靈敏度和廣泛的適用性。因此，為了彌補這些缺陷，進一步提高電化學傳感器的靈敏度，人們采用了各種信號放大策略，包括酶催化、納米材料、聚合反應等。其中，納米材料具有高電導率、高比表面積、良好的生物相容性和易修飾性，在電化學傳感領域得到了廣泛的應用。

“我們發現單個金屬納米顆粒相比，雙金屬納米顆粒具有較好的催化活性和生物相容性。”劉艷菊說。

據介紹，納米材料常作為電極的基底材料用于增大電極的比表面積、提高電極表面電子傳遞速率等。而聚合反應可以將大量信號分子以分子刷的形式引入傳感體系，從而顯著提高信號輸出強度。

因此，研究團隊出發點是將這兩種信號放大策略結合，通過雙信號放大策略提高傳感體系的靈敏度。與傳統方法相比，這種創新既利用納米材料改善電極的電化學活性，又實現了信號輸出強度。

應用前景

基于納米材料和ATRP聚合反應的電化學傳感器因其高靈敏度和強特異性，在生物標志物檢測領域展現了巨大的應用潛力。在多種疾病標志物的檢測中，可為臨床診斷、環境監測及食品安全等領域提供更加靈敏、高效的檢測工具。

目前，該研究團隊依托河南中醫藥大學的多學科優勢，整合醫學、藥學、化學、生物學和信息學資源，深入研究腫瘤的病理與分期特征。利用基因組學、蛋白組學以及高通量、高內涵篩選技術，通過大數據和人工智能技術，從中篩選出潛在的標志物集群，顯著提升了疾病標志物的敏感性和特異性。

這種多學科交叉集成攻關，不僅有助于獲得高水平科研成果，同時能夠促進醫藥學類專業高素質人才培養和高等教育內涵式建設。多年來，河南中醫藥大學化學課程組以學生發展為中心，堅持不斷推進科教融合培養人才，把科研成果轉化為教學內容，以學科競賽為引領，以賽促學、以賽促教，著力培養學生的創新思維和創新能力。近5年指導本科生參加各類學科競賽，獲國家級獎勵5項，省級獎勵20項。

“下一步，研究團隊將開發集成多種基因和蛋白標志物的聯合檢測芯片技術，實現一次檢測獲取更多疾病信息的目標。將加速腫瘤的早期發現和精準診斷，為臨床靶向用藥提供了有力指導，為社會和人民健康帶來深遠福祉。”劉艷菊說。

相關論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2023.135080

電化學傳感檢測DR1原理圖。河南中醫藥大學供圖。