慢性粒细胞白血病（CML）是一种骨髓中的恶性增殖性造血疾病，其特征是髓系细胞不受控制地增殖，导致白细胞计数升高。早期诊断和治疗有助于将其转化为慢性疾病并延长患者寿命。CD19是一种跨膜糖蛋白，过表达于B细胞淋巴瘤、慢性淋巴细胞性白血病和急性淋巴细胞性白血病，是CML治疗的潜在生物标志物和靶点。叉指电极传感器（IDE）是一种电化学传感器，其产生的电信号可用于检测不同生物物质。此类纳米材料生物传感器结合了生物分子和纳米技术，但仍需解决重复性、生物相容性和长期稳定性等问题。碳及其衍生物在高性能生物传感器等生物医学应用中广泛使用，其中单壁碳纳米管（SWCN）具有高表面积、强机械强度和良好传输能力，适用于开发生物传感器。另外，适体与抗体功能相当，但尺寸更小、易于化学修饰，可用于多种疾病的治疗和诊断。
基于上述原理，西安大兴医院血液科纵春涛医生和宝鸡梅县人民医院冉学兵院长开发了一种基于适体介导的IDE传感器，用于检测CML的生物标志物CD19。通过SWCN修饰IDE以增强适体固定化，提高了检测性能，该相关研究成果发表于国际期刊Heliyon。如图1所示，IDE经KOH处理后表面羟基化，引入APTES-SWCN，再通过胺连接剂将COOH末端的适体连接到SWCN上，最后用PEG-COOH覆盖分子自由的IDE表面，放置CD19抗原以监测其与适体的结合。SWCN用于增强适体在电极上的附着能力，克服了传统胺修饰表面固定生物分子不稳定的问题，增加了检测CD19抗原与适体相互作用的机会并降低检测限，通过原子力显微镜和mfold在线软件分别确认了传感表面完整性和适体二级结构（图2）。
图1 慢性粒细胞白血病IDE传感器示意图。
图2 （a）SWCN的SEM图；（B）SWCN的AFM图；（c）预测的适体序列二级结构。
研究团队在SWCN-适体修饰的IDE上测定不同浓度（10-100 nM）的CD19抗原，如图3所示，随着CD19浓度增加，电流响应提高，20nM时电流响应有明显差异，60nM后向饱和点缓慢进展，检测限为10nM（R² = 0.9749）。这表明传感器能够特异性检测CD19。
图3 （a）CD19抗原与固定化适体相互作用的电流-电压图。（b）CD19检测的电流响应图。
同时研究团队在ELISA孔上进行类似表面修饰以量化CD19水平，如图4所示，在0和10 nM时吸光度无变化，浓度增加时吸光度和颜色变化明显。这进一步证明了该传感器对CD19的检测特异性。
图4 （a）用于CD19定量的ELASA。（b）CD19的检测限。
减少生物污染对提高生物传感器性能至关重要。本文使用PEG-COOH覆盖SWCN上多余的APTES，使CD19能特异性与适体相互作用。为了证明传感电极是否存在生物污染，研究者们在IDE上测试了具有互补适体和对照蛋白质（CD33）的对照实验。如图5a所示，对照实验没有增加电流的响应，证实没有记录假阳性电流响应，并且感测电极表面仅特异性识别CD19抗原。此外，研究者们通过IDE上的CD19加标血清检测确认了该传感器对CD-19有高选择性。结果如图5b所示，电流水平随着CD19浓度的增加而逐渐增加，表明选择性CD19检测无干扰。
图5 （a）用于特异性CD19检测的生物污染实验。（b）CD19的选择性检测实验。
综上所述，本文开发的适体IDE传感器可检测低至10nM的CD19，生物污染实验和含CD19血清检测证实了其对CD19的选择性和特异性检测，有助于诊断CML及其并发症。并且该传感器具有适用于其他癌症标志物检测的潜力。
DOI：10.1016/j.heliyon.2024.e36552
信息来源：生物识别元件
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