基于CRISPR/Cas12a-液晶适体传感器的前列腺特异性抗原超灵敏检测技术及其在前列腺癌早期诊断中的应用

本研究针对前列腺癌早期诊断中前列腺特异性抗原(PSA)检测灵敏度不足的问题，创新性地将CRISPR/Cas12a系统的催化活性与液晶(LC)分子定向排列特性相结合，开发出检测限低至0.28 ag mL-1的超灵敏适体传感器。该技术通过PSA与适体结合调控CRISPR/Cas12a对ssDNA的切割能力，实现LC基底光学信号从暗场到彩色的可视化转变，在血清样本中回收率达97.87-99.57%，为癌症筛查提供了便携、低成本、免标记的解决方案。

　　

前列腺癌作为男性第六大高发恶性肿瘤，其早期诊断对改善患者预后至关重要。前列腺特异性抗原(PSA)是临床公认的关键生物标志物，但现有检测方法如ELISA和免疫传感器存在灵敏度不足（仅达ng/mL级）、操作复杂、依赖抗体等瓶颈。更棘手的是，传统技术难以捕捉早期癌症患者体液中ag/mL级别的PSA微量变化。如何开发兼具超高灵敏度与便捷性的检测工具，成为癌症诊断领域的重大挑战。

为解决这一难题，伊朗马什哈德医科大学的研究团队在《Biosensors and Bioelectronics》发表了一项突破性研究。他们巧妙融合CRISPR基因编辑技术、核酸适体识别元件和液晶光学放大系统，首次构建出检测限达0.28 ag mL^-1的便携式传感器。该技术通过PSA浓度调控CRISPR/Cas12a对基底ssDNA的切割效率，进而改变液晶分子排列状态，最终实现从暗场背景到彩色图案的可视化转变，无需复杂仪器即可裸眼判读。

关键技术方法
研究采用三步核心策略：1) 玻璃基底功能化处理（Piranha溶液羟基化、APTES硅烷化、戊二醛交联）；2) PSA特异性DNA适体与CRISPR/Cas12a系统协同作用机制设计；3) 液晶分子取向变化的光学信号放大系统。实验验证使用临床血清样本（含健康人与患者队列），通过偏振显微镜和智能手机成像分析。

研究结果

检测机制
传感器工作原理犹如"分子开关"：无PSA时，适体与crRNA杂交激活Cas12a切割ssDNA，导致液晶垂直排列呈现暗场；存在PSA时，PSA-适体复合物使Cas12a失活，保留的ssDNA诱导液晶水平排列产生彩色图案。这种"切割与否"的双态转换实现了信号级联放大。

性能验证
传感器在1 ag mL^-1-1 ng mL^-1范围内呈线性响应，较ELISA灵敏度提升10⁶倍。血清样本检测显示优异抗干扰性，仅需稀释处理即可消除蛋白质/血脂影响。与金标准ELISA相比，两者结果相关性达99.2%，但本技术将检测时间从4小时缩短至30分钟。

结论与意义
该研究开创性地将CRISPR/Cas12a的基因编辑能力转化为生物传感优势，其创新性体现在：1) 首次实现LC分子排列受CRISPR系统直接调控；2) 建立ag/mL级PSA检测新标准；3) 开发出可连接智能手机的便携设备原型。这种免标记、低成本（单次检测<$1）的技术，不仅为前列腺癌筛查提供革命性工具，其"CRISPR-适体-液晶"三合一设计范式更为其他疾病标志物检测开辟了新路径。正如通讯作者Khalil Abnous教授强调，这项技术有望在未来3-5年内转化为基层医疗机构的常规筛查方案。