近日，香港中文大学（深圳）医学院刘国珍教授团队在CRISPR/Cas生物传感技术用于精准医疗方向取得重要突破，相关研究成果——“Glass fiber-interfaced CRISPR/Cas biosensing for diverse biomarker detection”研究论文发表于国际顶级期刊Cell子刊Trends in Biotechnology。

Trends in Biotechnology属于中科院分区一区Top期刊，当前影响因子14.3。该期刊致力于呈现生命科学与工程技术融合领域的最新发展，及应用生命科学领域的原创研究，探讨以生物技术解决现实问题的方法。期刊涵盖基因编辑、合成生物学、生物传感、诊疗一体化系统等多个前沿方向，具有极高的国际影响力与学术认可度，是全球生物技术研究者发表创新成果的重要平台。

研究团队成功开发出一款基于玻璃光纤界面的通用CRISPR/Cas检测平台（g-CURS），实现对低丰度多种待测物（核酸或蛋白质等）的超高灵敏识别与便携式快速定量检测，赋能精准医疗与床旁检测（POCT）。该g-CURS体系是刘教授研究团队继2024年在Cell子刊Device上报道的CRISPR检测平台GUSCI体系（https://doi.org/10.1016/j.device.2024.100319）的技术升级。g-CURS体系首次实现了在同一平台、用同一试剂体系检测多种靶标核酸与靶标蛋白质，标志着CRISPR检测技术从“单指标专属探针”限制跃升为“一对通用试剂检测多类靶标”的标准化操作流程，大大降低研发与应用成本，为CRISPR诊断技术的POCT化、规模化及商业化提供了新策略，可广泛应用于病原体灵敏检测和传染性疾病的快速筛查、癌症及慢性病早期精准诊断、指导疾病精准用药、新药开发的药效评估、医美术后恢复监测，及动物健康检测等。

技术研究背景

在传染性疾病监测、慢性病管理和肿瘤早筛、及精准医疗等医学场景中，体液中核酸与蛋白质等多种生物标志物的高灵敏检测至关重要。然而，当前主流方法如qPCR、ELISA仍存在操作繁琐、昂贵仪器依赖、样本需求量大、检测时间长、不适合资源贫乏场景等临床应用问题。

虽然CRISPR技术已逐步应用于体外诊断，但传统策略需针对每种靶点单独设计crRNA和激活子，对于低丰度待测物检测还高度依赖核酸预扩增程序，导致前期设计筛选优化步骤复杂、检测时间长、应用效率低、通用性差。为此，刘教授研究团队首次开发了一种无需预扩增的便携式CRISPR/Cas快速检测平台：g-CURS，不仅解决了传统检测方法在临床应用的难题，还拓展了CRISPR/Cas生物传感技术在精准医疗的应用，实现同一体系多种生物标识物同时检测。

g-CURS技术原理和亮点

g-CURS检测平台利用玻璃光纤作为载体，借助CRISPR/Cas12a指数信号放大技术，利用同一套crRNA和ssDNA激活子试剂系统即可检测不同核酸和多种蛋白质靶标，无需针对不同靶标个性化设计相应CRISPR RNA和对应的靶标位点筛选；

核酸识别环节采用T4 DNA连接酶，精准鉴别单碱基差异。无需预扩增，CRISPR/Cas利用AutoCAR级联放大原理和CONAN反应网络诱导信号指数放大循环，实现30分钟内快速等温放大；

在玻璃光纤表面构建捕获抗体与标记有ssDNA的检测抗体的“免疫夹心结构”，实现蛋白质信号转换和放大；

采用自制便携式荧光仪读取待测物信号，内置高分辨率定焦镜头和无线模块，搭配终端用户手机App实现结果可视化与智能诊断，支持非专业人员独立操作，满足POCT应用场景需求。

临床应用性能评估

g-CURS具备高效准确的临床检测性能，高特异识别SARS-CoV-2 Delta突变体cDNA和HPV16 E7基因片段，检测时间约为30分钟；可精准识别6个碱基以内的突变差异，具备单碱基错配分辨能力，在HPV16临床样本中，检测结果与qPCR完全一致。应用于帕金森症患者血清样本，g-CURS能实现高灵敏检测脑源外泌体膜内低丰度炎症蛋白（IL-6、TNF-α、IFN-γ等），支持低样本量的多指标共检。与商用ELISA试剂盒相比，检测灵敏度提高了2-3个数量级，检测时间缩短了80%, 所需样本体积极大减少（仅需5μL），检测成本降低了90%，实现了便携式CRISPR/Cas体外诊断技术多物质同时检测。这一突破性CRISPR/Cas检测平台有望推动精准医疗从实验室走向社区，为疾病早期诊断和动态监测提供更便捷、更经济的解决方案。

本论文第一作者为香港中文大学（深圳）医学院生物科学专业博士研究生余湉，论文唯一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、广东省基础与应用基础研究基金企业联合基金、广东省“珠江人才计划”、深圳湾实验室开放基金、港中深-博雅生命联合实验室基金以及大学发展基金等的资助。

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论文信息

作者：Tian Yu, Siyi Zou, Yingxi Long, Yourong Ou, Shixian Liu, Tongjia Kang, Libing Song, Congcong Sun, Guozhen Liu*

文章题目：Glass fiber-interfaced CRISPR/Cas biosensing adaptable for diverse biomarker detection

期刊名：Trends in Biotechnology

年份：2025

全文DOI链接：https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2025.05.001

 

通讯作者简介

刘国珍教授是香港中文大学（深圳）医学院教授、医学院生物医学工程学科创始人、集成器件与精准诊疗（Integrated Devices and Intelligent Diagnostics，ID²）研究团队带头人，港中深-博雅生命再生医学工程联合实验室主任、大学研究生院副院长、校长模范教学奖获得者。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；自2022年以来，连续入选斯坦福大学全球前 2% 顶尖科学家和全球学者学术影响力名单；入选ScholarGPS 2024年前0.05% 顶尖专业学者榜单（生物传感器专业世界排名第三）。刘教授担任国际知名期刊ACS Sensors副主编、Trends in Biotechnology编委，当选IEEE 高级会士、 澳大利亚ARC Future Fellow。刘教授曾担任美国医疗器械公司AgaMatrix Inc.研发部经理（中国）负责血糖试纸条的配方和生产。她拥有发明专利22项，与多个国内外生物科技公司（如AstraZeneca、AgaMatrix、Regeneus、博雅生命等）合作，是澳大利亚公司Bio-Sens Tech Pty Ltd的联合创始人。

刘国珍教授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，聚焦慢性病精准医疗。她带领的ID²团队主要开发先进生物传感技术、CRISPR/Cas体外诊断技术、活体实时监测技术、微流控生物/器官芯片、柔性可穿戴微针器件、3D打印、智能纳米颗粒及医疗器械。课题组目前在国外核心学术期刊上发表文章180余篇，培养硕士、博士、博士后50余人。ID²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，“数字化衰老评估试剂盒”项目获得2024年深圳市创新创业大赛团队组二等奖。