近期，香港中文大學(xué)（深圳）醫(yī)學(xué)院劉國(guó)珍教授團(tuán)隊(duì)在CRISPR/Cas生物傳感技術(shù)用于精準(zhǔn)醫(yī)療方向取得重要突破，相關(guān)研究成果——“Glass fiber-interfaced CRISPR/Cas biosensing for diverse biomarker detection"研究論文發(fā)表于國(guó)際期刊Cell子刊Trends in Biotechnology。

研究團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出一款基于玻璃光纖界面的通用CRISPR/Cas檢測(cè)平臺(tái)（g-CURS），實(shí)現(xiàn)對(duì)低豐度多種待測(cè)物（核酸或蛋白質(zhì)等）的超高靈敏識(shí)別與便攜式快速定量檢測(cè)，賦能精準(zhǔn)醫(yī)療與床旁檢測(cè)（POCT）。該g-CURS體系是劉教授研究團(tuán)隊(duì)繼2024年在Cell子刊Device上報(bào)道的CRISPR檢測(cè)平臺(tái)GUSCI體系的技術(shù)升級(jí)。g-CURS體系實(shí)現(xiàn)了在同一平臺(tái)、用同一試劑體系檢測(cè)多種靶標(biāo)核酸與靶標(biāo)蛋白質(zhì)，標(biāo)志著CRISPR檢測(cè)技術(shù)從“單指標(biāo)專屬探針"限制躍升為“一對(duì)通用試劑檢測(cè)多類靶標(biāo)"的標(biāo)準(zhǔn)化操作流程，大大降低研發(fā)與應(yīng)用成本，為CRISPR診斷技術(shù)的POCT化、規(guī)?；吧虡I(yè)化提供了新策略，可廣泛應(yīng)用于病原體靈敏檢測(cè)和傳染性疾病的快速篩查、癌癥及慢性病早期精準(zhǔn)診斷、指導(dǎo)疾病精準(zhǔn)用藥、新藥開發(fā)的藥效評(píng)估、醫(yī)美術(shù)后恢復(fù)監(jiān)測(cè)，及動(dòng)物健康檢測(cè)等。

技術(shù)研究背景

在傳染性疾病監(jiān)測(cè)、慢性病管理和腫瘤早篩、及精準(zhǔn)醫(yī)療等醫(yī)學(xué)場(chǎng)景中，體液中核酸與蛋白質(zhì)等多種生物標(biāo)志物的高靈敏檢測(cè)至關(guān)重要。然而，當(dāng)前主流方法如qPCR、ELISA仍存在操作繁瑣、昂貴儀器依賴、樣本需求量大、檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、不適合資源貧乏場(chǎng)景等臨床應(yīng)用問題。

雖然CRISPR技術(shù)已逐步應(yīng)用于體外診斷，但傳統(tǒng)策略需針對(duì)每種靶點(diǎn)單獨(dú)設(shè)計(jì)crRNA和激活子，對(duì)于低豐度待測(cè)物檢測(cè)還高度依賴核酸預(yù)擴(kuò)增程序，導(dǎo)致前期設(shè)計(jì)篩選優(yōu)化步驟復(fù)雜、檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、應(yīng)用效率低、通用性差。為此，劉教授研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種無需預(yù)擴(kuò)增的便攜式CRISPR/Cas快速檢測(cè)平臺(tái)：g-CURS，不僅解決了傳統(tǒng)檢測(cè)方法在臨床應(yīng)用的難題，還拓展了CRISPR/Cas生物傳感技術(shù)在精準(zhǔn)醫(yī)療的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)同一體系多種生物標(biāo)識(shí)物同時(shí)檢測(cè)。

g-CURS技術(shù)原理和亮點(diǎn)

g-CURS檢測(cè)平臺(tái)利用玻璃光纖作為載體，借助CRISPR/Cas12a指數(shù)信號(hào)放大技術(shù)，利用同一套crRNA和ssDNA激活子試劑系統(tǒng)即可檢測(cè)不同核酸和多種蛋白質(zhì)靶標(biāo)，無需針對(duì)不同靶標(biāo)個(gè)性化設(shè)計(jì)相應(yīng)CRISPR RNA和對(duì)應(yīng)的靶標(biāo)位點(diǎn)篩選；其中檢測(cè)平臺(tái)內(nèi)的芯片通道結(jié)構(gòu)是由摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)（nanoArch^® S140，精度：10μm）制備模具后經(jīng)PDMS翻模而成；核酸識(shí)別環(huán)節(jié)采用T4 DNA連接酶，精準(zhǔn)鑒別單堿基差異。無需預(yù)擴(kuò)增，CRISPR/Cas利用AutoCAR級(jí)聯(lián)放大原理和CONAN反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)信號(hào)指數(shù)放大循環(huán)，實(shí)現(xiàn)30分鐘內(nèi)快速等溫放大；在玻璃光纖表面構(gòu)建捕獲抗體與標(biāo)記有ssDNA的檢測(cè)抗體的“免疫夾心結(jié)構(gòu)"，實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)信號(hào)轉(zhuǎn)換和放大；采用自制便攜式熒光儀讀取待測(cè)物信號(hào)，內(nèi)置高分辨率定焦鏡頭和無線模塊，搭配終端用戶手機(jī)App實(shí)現(xiàn)結(jié)果可視化與智能診斷，支持非專業(yè)人員獨(dú)立操作，滿足POCT應(yīng)用場(chǎng)景需求。

臨床應(yīng)用性能評(píng)估

g-CURS具備高效準(zhǔn)確的臨床檢測(cè)性能，高特異識(shí)別SARS-CoV-2 Delta突變體cDNA和HPV16 E7基因片段，檢測(cè)時(shí)間約為30分鐘；可精準(zhǔn)識(shí)別6個(gè)堿基以內(nèi)的突變差異，具備單堿基錯(cuò)配分辨能力，在HPV16臨床樣本中，檢測(cè)結(jié)果與qPCR一致。應(yīng)用于帕金森癥患者血清樣本，g-CURS能實(shí)現(xiàn)高靈敏檢測(cè)腦源外泌體膜內(nèi)低豐度炎癥蛋白（IL-6、TNF-α、IFN-γ等），支持低樣本量的多指標(biāo)共檢。與商用ELISA試劑盒相比，檢測(cè)靈敏度提高了2-3個(gè)數(shù)量級(jí)，檢測(cè)時(shí)間縮短了80%, 所需樣本體積極大減少（僅需5μL），檢測(cè)成本降低了90%，實(shí)現(xiàn)了便攜式CRISPR/Cas體外診斷技術(shù)多物質(zhì)同時(shí)檢測(cè)。這一突破性CRISPR/Cas檢測(cè)平臺(tái)有望推動(dòng)精準(zhǔn)醫(yī)療從實(shí)驗(yàn)室走向社區(qū)，為疾病早期診斷和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供更便捷、更經(jīng)濟(jì)的解決方案。

本論文作者為香港中文大學(xué)（深圳）醫(yī)學(xué)院生物科學(xué)專業(yè)博士研究生余湉，論文通訊作者為香港中文大學(xué)（深圳）醫(yī)學(xué)院劉國(guó)珍教授。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金企業(yè)聯(lián)合基金、廣東省“珠江人才計(jì)劃"、深圳灣實(shí)驗(yàn)室開放基金、港中深-博雅生命聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室基金以及大學(xué)發(fā)展基金等的資助。