学术动态 | 南方医院龙浩团队合作构建帕金森病早期诊断的脑脊液检测标志物发表在Analytical Chemistry

学术 2024-12-06 17:14 北京

学术动态

神外前沿 258期

神外前沿讯，近期，南方医科大学南方医院神经外科龙浩教授（专访链接）团队联合南方医科大学药学院/药物代谢研究与评价重点实验室赵鹏教授团队在Analytical Chemistry（影响因子7.4，中科院分区1区）上发表了利用脑脊液检测标志物对帕金森病进行早期诊断的研究成果。

该研究设计构建智能PCN-224传感器阵列，有望促进脑脊液生物标志物的检测，并且可以与IPMDS评分标准和其他技术结合使用，助力帕金森病的早期诊断。

论文信息

Intelligent Identification of Cerebrospinal Fluid for the Diagnosis of Parkinson's Disease
DOI：10.1021/acs.analchem.3c04849

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.3c04849

作者团队：Huiting Chen, Siyun Guo, Zehong Zhuang, Sixue Ouyang, Peiru Lin, Zhiyuan Zheng, Yuanyuan You, Xiang Zhou, Yuan Li, Jiajia Lu, Ningxuan Liu, Jia Tao, Hao Long, Peng Zhao

这项研究使用三种金属有机框架材料构建了一个智能PCN-224传感器阵列，该阵列与脑脊液（CSF）中潜在的蛋白质标志物反应后表现出不同的催化动力学。通过使用机器学习算法处理阵列与蛋白质标志物的指纹响应模式，对蛋白质进行定性和定量评估，最终实现通过CSF检测稳健区分帕金森病（PD）和非PD患者的目的。

上图：基于机器学习辅助 PCN-224 传感器阵列的脑脊液检测的 PD 诊断示意图

据了解，诊断PD的主要方法是基于国际帕金森与运动障碍协会(IPMDS)推荐的神经学检查。这项检查需要出现运动迟缓和至少一项其他显著的运动特征，并考虑其他支持性和排斥性特征，以确认帕金森综合征的诊断。虽然IPMDS标准近年来已被证实其有效性，但由于PD的临床特征与其他神经退行性疾病的潜在重叠，诊断PD仍然很困难。且对于检测前驱帕金森病，CSF生物标志物已被证明比IPMDS标准更敏感。因此，如何利用脑脊液推动PD的早诊断是具有重要临床价值的科研问题。

研究人员在已报道的CSF中PD相关分子中选择了六种具有不同等电点(pI)、直径和分子量的蛋白作为候选生物标志物。为了检测这六种蛋白，研究人员构建PCN-224传感器阵列。

上图：识别（a）脑脊液中的三种模型蛋白，（b）模拟的帕金森病和正常脑脊液样本。使用基于 ML 的 PCN-224 传感器阵列诊断 PD 的 (c) PCA 图、(d) 混淆矩阵和 (e) 接收者操作特征曲线。(f) KNN 算法预测相应 PD 患者 MDS 评分的回归模型。

研究者在真实脑脊液样本对其实用性进行检测。结果发现使用随机森林（RF）算法对非PD和PD的预测准确率为100%。此外，绘制ROC曲线，确定曲线下面积(AUC)。传感器阵列的AUC值为100，具有出色的诊断准确性和出色的鉴别能力，为帕金森病的临床诊断提供了可靠的工具。最后，使用k近邻算法(KNN)算法的回归模型预测测试集的分数。KNN算法预测值与实际值的均方误差(MSE)分别为38.88，这与部分脑脊液生物标志物可能反映疾病运动严重程度一致。

主要研究者简介

龙浩南方医科大学南方医院神经外科副主任、功能神经外科主任，主任医师、医学博士、博士研究生导师、南方医院“癫痫”和“脑转移瘤”MDT负责人、南方脑病研究院学术委员会委员、美国匹兹堡大学医学中心(UPMC)、加州大学洛杉矶分校(UCLA)访问学者、世界伽玛刀学会Radiosurgery Fellow、广东省杰出青年医学人才、广东省实力中青年医师、羊城好医生、胡润-平安中国好医生。擅长机器人辅助神经外科、神经调控(DBS,VNS,SCS)、癫痫外科和伽玛刀放射外科。在癫痫、帕金森病、肌张力障碍、疼痛、意识障碍、精神心理障碍、脑转移瘤、中枢淋巴瘤等复杂疑难神经系统疾病的精准诊断、微创手术及放射外科有丰富的临床经验。发表SCI论文40余篇，主持国家自然科学基金、广东省自然科学基金等科研项目8项，获广东省科技进步一等奖、二等奖各1项，培养博士硕士研究生15人，国际学术大会口头报告8次，参编专家共识指南10余部、学术专著8部。

赵鹏南方医科大学药学院教授、博士研究生导师。主要研究领域：电化学传感器、纳米生物分析方法。目前，以通讯作者或第一作者，在Analytical Chemistry, Biosensors and Bioelectronics, Sensors and Actuators: B. Chemical, Nano Research, Chinese Chemical Letter等纳米分析化学相关的国际主流SCI期刊上发表25篇论文，总计被引用678次(他引632次)，3篇ESI高被引论文，单篇最高引用300余次。目前主持广东省“珠江人才计划”青年拔尖人才(2017GC010299)、广州市“珠江科技新星专题”两项人才项目，主持国家自然科学基金、广东省自然科学基金、广州市“珠江科技新星”等多项科研项目。2020年受广东省科技厅邀请担任“广东省杰出青年科学基金”项目会评专家，长期担任国家自然科学基金项目函评专家，以及广东省生产力促进中心产学研项目会评专家。2020年在“亚太地区药物研发与数字化技术创新专题研讨会”(科技部主办、中国药科大学承办)上做邀请报告，2018年在中国药学会药物分析专业委员会学术年会上作了题为“基于纳米增敏生物传感技术构建新型药物分析方法”的邀请报告。

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