MED科研喜讯 | 医学院刘国珍教授团队研发出一款便携式蛋白质多重检测仪用于骨关节炎的早期精准诊断
近日，香港中文大学（深圳）医学院刘国珍教授团队与大连医科大学第一附属医院田康教授团队合作，在Cell Press细胞出版社旗下期刊Device上发布了题为“CRISPR/Cas12a immunosensing on glass fiber for point-of-care quantification of multiple inflammation biomarkers in osteoarthritis”的研究论文。
刘国珍教授团队成功研发了一种基于玻璃光纤的通用检测系统GUSCI，该系统将CRISPR/Cas12a信号放大技术和液态金属纳米颗粒应用于免疫生物传感器，联用实验室自研的便携式荧光检测设备，实现手机信号输出，同时检测多种炎症蛋白质生物标记物，在微量（~10 微升）复杂样品中能便携式快速定量分析骨关节炎（Osteoarthritis，OA）的炎症状态，为骨关节炎患者提供及时准确的临床诊断和治疗方案。
Device是Cell, Chem, Joule和Matter的姊妹刊，该期刊发表的内容主要涵盖物理、生物、化学、材料、信息科学和工程学等领域中具有突破性和多学科交叉性的应用技术研究成果。
研究亮点
1. 提出了一种慢性病（如骨关节炎）便携式早期精准诊断的炎症量化方案-GUSCI；
2. 将CRISPR/Cas生物技术和液态金属纳米颗粒信号放大技术联用，实现了高灵敏同时检测微量临床样本（如骨关节滑液）多种炎症生物标志物（如细胞因子）；
3. 开发了集成化便携式荧光读取设备，结合荧光信号读数的智能手机App，实现智能化高灵敏多种蛋白质同时检测。
研究背景
分析炎症生物标识物、定量评估身体炎症及免疫状态一直是免疫学及诊断学临床研究的热点和难点。细胞因子是一类由炎症细胞分泌的小分子蛋白质，是人体免疫系统的信使，是人体健康的重要标识物。体内失衡的炎症蛋白水平会引起慢性炎症，从而导致多种慢性疾病（如糖尿病、心衰、神经退行性疾病、骨关节炎、自身免疫性疾病及一些癌症）和衰老的发生。因此，开发一种灵敏、经济实惠且临床适用的检测平台，在临床上能快速检测多种细胞因子，实时监测炎症状态，实现慢性病早知道、早干预、早预防，有很大的临床现实意义。
GUSIC工作原理
研究团队通过修饰有捕获抗体的玻璃光纤，实现在体积为10 μL的待测液中，捕获多种目标炎症蛋白分析物中。随后，与标记有单链DNA的检测抗体形成免疫夹心结构。玻璃光纤插入检测芯片，基于CRISPR/Cas和液态金属纳米颗粒双重信号放大，产生多种分析物的荧光信号，由辅助装置测量，通过智能手机进行实时分析，实现多炎症蛋白质生物标志物同时检测。
GUSCI集成了自主研发的便携式荧光读取仪和智能手机应用程序，易于使用。和传统ELISA相比，GUSCI在测量OA患者滑膜液中生物标志物（IL-4、IL-6、TNF-α、IFN-γ和MMP-3）表现出许多优点，如无需大型仪器或专业人员操作、灵敏度更高、检测时间更短、操作费用更便宜、所需样品体积更小、切实考虑了临床实际POCT应用需求。该研究还检验了OA患者性别、年龄与五种生物标志物浓度之间的相关性。OA临床样本验证进一步证明GUSCI可以作为新生代ELISA，能实现多蛋白质便携式同时检测，通过检测关节积液中相关炎症蛋白实现炎症量化。在提高检测准确性、改善患者治疗结果和促进早期干预方面有巨大的应用潜力。GUSCI也适用于其他慢性病（如动脉粥样硬化，神经退行性疾病及自身免疫系统疾病等）和衰老的炎症定量分析，实现便携式智能化早期精准诊断。
本论文的第一作者为香港中文大学（深圳）医学院博士研究生邹斯亦，论文主通讯作者为香港中文大学（深圳）医学院刘国珍教授。该工作得到了国家自然科学基金、深圳湾开放实验室基金、广东省基础与应用基础研究基金企业联合基金、港中深-博雅生命联合实验室等资金的资助。
*原文链接：
Siyi Zou, Jingnan Li, Sheng Lu, Danyu Li, Yuxuan Liu, Weiguo Zhang, Xiaolin Cui, J. Justin Gooding, Kang Tian*, Guozhen Liu*, CRISPR/Cas12a immunosensing on glass fiber for point-of-care quantifying multiple inflammation biomarkers in osteoarthritis, Device, 2024, 2, 100319, 1-13, https://doi.org/10.1016/j.device.2024.100319
主要通讯作者简介
刘国珍教授
香港中文大学（深圳）医学院教授、校长学者、生物医学工程学科负责人、香港中文大学（深圳）- 博雅生命再生医学工程联合实验室主任。刘国珍教授带领的集成器件和智能诊断（Integrated Devices and Intelligent Diagnostics，ID2）研究团队主要从事生物医学工程交叉学科和可转化生物技术的研究，一直致力于开发和研究前沿的生物传感器技术、体外诊断技术、微流控芯片技术、智能纳米技术及医疗器械来精准诊疗、管理及预防一些慢性疾病如糖尿病、神经退行性疾病及衰老等。2016年获得澳大利亚自然科学基金委员会授予的未来学者（ARC Future Fellow）的荣誉称号。凭借在神经炎症精准诊疗的突出贡献, 刘教授获得2020年度乔治娜斯威特定量生物医学女科学家奖，她是第一个荣获此奖项的华人女科学家；2022和2023连续两年入选全球前2%顶尖科学家榜单及全球学者学术影响力排行榜。近年来，刘教授在国际学术期刊发表SCI论文160余篇，撰写专著3章，申请或授权世界发明专利21项。
除了在学术界的教学和科研经历，刘国珍教授在工业界也累积了丰富的生物医疗器械研发和管理经验。她曾担任美国医疗器械公司AgaMatrix Inc. 研发部经理（中国）（2011-2015），主要负责血糖试纸条的配方和生产；她是澳大利亚悉尼初创公司Bio-Sens Tech Pty Ltd的联合创始人。通过与国内外生物科技公司（如AstraZeneca, BioLegend, AgaMatrix, Regeneus，博雅生命，凯普生物等）的合作，累积了丰富的产学研经历，拥有多项国际专利。刘国珍教授团队的智能唾液尿酸检测项目荣获2023年深圳市“创客中国”创客组一等奖。
