Advanced Materials:新型合金代谢分析与放疗监控应用

随着生命科学的发展,系统生物学成为疾病的研究焦点,代谢组学是其中一个重要分支。代谢组学处于生化途径最末端,可以对正在进行的生活过程进行分析,在诊断方法、疾病发展状态、疗效评估等方面正在扮演着越来越重要的角色。疾病诊断以及治疗过程中的疗效监测,对采取合理治疗手段至关重要,能大大提高患者的生存率及生活质量。尤其是对髓母细胞瘤(Medulloblastoma,MB)一类的高发于儿童的恶性肿瘤(MB发病高发年龄6-8岁),精准、无创以及无辐射副作用的诊断以及疗效监测手段,对患者后续生活质量提高至关重要。然而,目前代谢组学的研究手段受限于分析样本的复杂性和代谢物的低丰度等特点,远远无法满足临床使用需求。因此想要实现基于代谢组学的床旁检测(POC)和实时疗效监测,需要依赖特殊检测技术及功能微纳材料进行分析测定。

近日,上海交通大学生物医学工程学院钱昆研究员、上海交通大学医学院附属新华医院蒋马伟主任团队通过紧密合作,构建了一种基于Pd-Au壳层合金材料的基质辅助激光解吸电离质谱(MALDI-MS)平台,可以实现对代谢分子的快速、高通量检测,用于疾病诊断和疗效评估。研究人员通过层层组装的方法,设计并合成了核壳结构可控的磁性Pd-Au纳米颗粒平台,针对代谢小分子具有高选择离子化效率,实现了对血清等体液样本的代谢指纹图谱的提取。

研究人员通过对健康对照组和不同状态下的MB病人组(放疗前/中/后)的血清代谢组指纹图谱采集,并结合机器学习方法实现了MB患者(放疗前)和健康人群的精准分群,诊断敏感性为94.0%,特异性为85.7%,准确性为89.9%。另外,研究人员还通过对不同放疗状态的MB病人代谢分析,筛选出一组在放疗过程中向健康人指标靠近的连续性变化趋势的代谢标志物。值得注意的是,本方法免除了复杂的样本预处理过程,一次实验仅需0.1 μL原始血清,即可在几秒内实现代谢组的生物信息提取。

相关论文以Metabolic Fingerprinting on Synthetic Alloys for Medulloblastoma Diagnosis and Radiotherapy Evaluation为题,在线发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.202000906)上,博士生曹敬和石雪娇博士为共同第一作者,上海交通大学生物医学工程学院钱昆研究员和上海交通大学医学院附属新华医院蒋马伟主任为共同通讯作者。