针对膀胱癌生物标志物透明质酸酶-1的荧光检测策略：利用氢键诱导的发光现象

《Biosensors and Bioelectronics》：Uranalysis-tailored fluorogenic strategy for monitoring bladder cancer biomarker hyaluronidase-1 by harnessing hydrogen-bonding-induced emission

基于透明质酸的自组装纳米传感器通过氢键诱导发光实现膀胱癌特异性尿液检测，灵敏度为3.0×10?? μg/mL，可区分患者与健康人群，并适用于其他疾病生物标志物的扩展检测。

　　在医学研究领域，癌症的早期诊断和治疗一直是科学家们关注的重点。膀胱癌作为一种常见的泌尿系统肿瘤，其发病率高、疾病负担重且死亡率高，特别是在男性群体中更为显著。由于膀胱癌具有较高的复发率，约有78%的病例在五年内会复发，因此，对膀胱癌患者进行持续的医学干预显得尤为重要。然而，这些干预措施往往伴随着高昂的医疗成本，这促使研究人员不断探索更为精准、高效的诊断方法，以期在早期发现疾病，从而改善患者的预后。

尿液分析作为一种非侵入性的检测手段，因其样本采集方便以及尿液中富含多种生物标志物而受到广泛重视。近年来，随着荧光技术的发展，尿液生物标志物的检测方法也在不断进步。荧光技术以其高灵敏度、非侵入性、高分辨率以及对生物样本的适用性，成为生物医学诊断的重要工具。目前，已有多种基于荧光原理的探针被开发用于检测尿液中的酶活性，这些探针通常通过静电结合、共价连接等策略构建。然而，现有的方法在区分特定的酶亚型方面仍存在局限，无法实现对目标生物标志物的特异性识别。

基于此，研究人员提出了一种新的尿液分析策略，结合了对Hyal-1（一种与膀胱癌相关的生物标志物）的特异性识别与氢键诱导的荧光发射机制。Hyal-1是一种广泛分布于人体内的内切酶，能够降解透明质酸（HA）和某些糖胺聚糖，将其分解为二糖或小分子寡糖。Hyal-1在多种恶性肿瘤中均表现出异常表达，尤其在膀胱癌中，其尿液水平显著高于健康人群。Hyal-1的表达不仅与肿瘤生长、血管生成、疾病特异性生存率和转移相关，还能用于对患者转移风险进行分类，因此，其作为预测性生物标志物的潜力得到了广泛关注。

为了实现对Hyal-1的特异性检测，研究团队设计了一种基于透明质酸的纳米传感器，该传感器能够在尿液中进行高效、特异的检测。该传感器的构建依赖于自组装过程，通过将具有胆固醇-氨基功能的透明质酸聚合物（CHA）与一种具有抗溶剂色效应的香豆素荧光染料（CD1）结合，形成一个能够被Hyal-1特异性裂解的纳米结构。这种纳米结构在水溶性环境中表现出显著的荧光增强，而其在疏水性腔体中则几乎不发光。这种设计不仅提高了检测的灵敏度，还实现了对尿液中Hyal-1的高特异性识别。

研究团队还通过实验验证了该纳米传感器的性能。实验结果显示，该传感器在复杂生物样本中的检测能力较强，能够有效区分膀胱癌患者和健康个体。此外，该方法还具备一定的通用性，可以扩展应用于其他与疾病相关的生物标志物的检测。这种基于氢键网络的荧光发射机制，不仅提高了检测的准确性，还为非侵入性诊断提供了新的思路。

在实际应用中，尿液分析的优势在于其非侵入性，这使得患者在检测过程中更加舒适，同时减少了对患者身体的负担。此外，尿液中丰富的生物标志物也为疾病的早期诊断提供了更多的可能性。然而，目前的尿液分析方法在灵敏度和特异性方面仍有不足，尤其是在低浓度和早期阶段的疾病检测中。因此，研究团队提出的这种基于氢键诱导的荧光发射机制的纳米传感器，不仅提高了检测的准确性，还为尿液分析提供了新的方向。

该纳米传感器的构建过程相对简单，主要通过自组装技术实现。首先，将香豆素染料CD1溶解在二甲基亚砜中，然后加入具有胆固醇-氨基功能的透明质酸聚合物CHA，通过连续搅拌和逐步加入超纯水的方式促进自组装过程。经过一段时间的搅拌后，混合物通过透析等方法进行纯化，最终得到具有特定荧光特性的纳米传感器。这种构建方式不仅提高了传感器的稳定性，还确保了其在尿液中的有效性。

在性能测试中，该纳米传感器表现出优异的灵敏度和特异性。其检测限达到了3.0×10?? μg/mL，这表明该传感器能够在极低浓度下准确检测Hyal-1。此外，该传感器在尿液样本中的荧光信号较强，能够有效区分膀胱癌患者和健康个体。这一结果为膀胱癌的早期诊断提供了新的方法，同时也为其他疾病相关的生物标志物检测提供了参考。

该研究的成果不仅在膀胱癌的诊断中具有重要意义，还可能拓展到其他疾病的检测。通过调整氢键诱导的荧光发射机制，研究人员可以设计出适用于不同生物标志物的检测工具，从而实现对多种疾病的早期识别和干预。这种基于氢键网络的荧光发射机制，不仅提高了检测的准确性，还为非侵入性诊断提供了新的思路。

在研究过程中，研究团队还对CHA的合成和性质进行了详细探讨。CHA的合成遵循了已有的方法，其结构通过ESI-MS进行了确认，结果与之前的研究一致。通过超声处理，CHA能够自组装成纳米胶束，这一过程通过透射电子显微镜（TEM）和动态光散射（DLS）等技术进行了验证。这些实验结果表明，CHA不仅具有良好的自组装能力，还能够稳定地包裹香豆素染料，从而实现对Hyal-1的特异性检测。

此外，研究团队还对纳米传感器的应用前景进行了展望。该传感器不仅适用于膀胱癌的诊断，还可能用于其他疾病的检测。通过调整纳米传感器的设计，研究人员可以开发出适用于不同生物标志物的检测工具，从而实现对多种疾病的早期识别和干预。这种基于氢键网络的荧光发射机制，不仅提高了检测的准确性，还为非侵入性诊断提供了新的思路。

在实际应用中，该纳米传感器的检测方法相对简便，能够在实验室条件下快速完成。其检测过程依赖于尿液中的Hyal-1活性，通过特异性裂解纳米结构释放香豆素染料，从而实现对Hyal-1的检测。这种检测方法不仅提高了检测的灵敏度，还减少了对患者身体的负担，使其成为一种理想的非侵入性诊断工具。

综上所述，该研究通过设计一种基于氢键诱导的荧光发射机制的纳米传感器，实现了对尿液中Hyal-1的特异性检测。这一方法不仅提高了检测的准确性，还为膀胱癌的早期诊断提供了新的思路。此外，该方法还具备一定的通用性，可以扩展应用于其他疾病相关的生物标志物检测，从而推动尿液分析技术的发展。