双颜色闭极电化学发光平台：尿液中两种多能性标志物的可视化同步诊断新突破

为解决现有 Oct-4 和 Nanog 检测技术的不足，研究人员开展双颜色闭极电化学发光（BPE-ECL）平台用于检测人尿液中 Oct-4 和 Nanog 的研究。该平台灵敏度高，有良好线性响应。这为癌症诊断和干细胞研究提供了新途径。

　　在生命科学和医学领域，癌症一直是人类健康的重大威胁。癌症干细胞（CSCs）在癌症的发生、发展和耐药过程中起着关键作用，它们就像隐藏在肿瘤中的 “种子”，能不断自我更新，让肿瘤持续生长，还会导致癌症复发和转移。而 Octamer-binding transcription factor 4（Oct-4）和 Nanog 这两种关键的转录因子，对维持 CSCs 的干性和自我更新能力至关重要。它们在多种癌症中异常表达，比如在结直肠癌、肺癌、肝癌等癌症里，Oct-4 和 Nanog 的高表达往往与肿瘤的恶化、转移以及患者不良预后密切相关。

目前，检测 Oct-4 和 Nanog 的方法虽然有很多，像 Western blotting、ELISA、免疫组化（IHC）、免疫荧光和流式细胞术等，这些方法虽然灵敏度和特异性不错，但却存在不少缺点，不仅价格昂贵，操作起来需要耗费大量人力和时间，这使得它们在临床快速检测或大规模筛查时不太实用。因此，开发一种简单、高效、低成本的检测方法迫在眉睫。

在此背景下，来自伊朗等研究机构的研究人员开展了一项重要研究。他们开发了一种双颜色闭极电化学发光（BPE-ECL）平台，用于同时检测癌症患者尿液中的 Oct-4 和 Nanog。研究结果显示，该平台在优化条件下表现出色，对 Nanog 在 100 pg mL^?1至 400 ng/mL 范围内呈现线性响应，检测限低至 21.58 pg mL^?1；对 Oct-4 在 200 pg mL^?1至 400 ng/mL 范围内呈线性响应，检测限为 106.24 pg mL^?1 。这一成果发表在《Biosensors and Bioelectronics》上，为癌症诊断和干细胞研究开辟了新的方向，有望在临床应用中发挥重要作用。

研究人员在这项研究中用到了几个主要关键技术方法。首先是构建双极电化学（BPE）系统，通过在驱动电极上施加合适电压，让双极电极的阳极和阴极发生电化学反应，实现对多种分析物的同时检测。其次，利用纳米材料，如将 Ru (bpy)₃²⁺负载到介孔 SiO₂纳米颗粒、将鲁米诺（luminol）掺入 luminol@MIL-53 中，增强电化学发光（ECL）信号。此外，还制备了具有催化作用的 Ti₃C₂T_x MXene-TiO₂纳米片，用于加速共反应，提高检测灵敏度。

下面详细介绍研究结果：

• BPE-ECL 检测原理：研究人员构建了双无线 ECL 系统，在双极细胞的不同腔室中，利用加载 Ru (bpy)₃²⁺的介孔 SiO₂纳米颗粒（Ru@SiO₂）和掺入鲁米诺的 NH₂-MIL-53（luminol@NH₂-MIL-53）在 BPEs 的上下阳极极产生 ECL 发射，实现对 Nanog 和 OCT-4 的同时可视化检测。具体过程是先将 Nanog 和 OCT-4 捕获抗体固定在 Ti₃C₂T_x-TiO₂上，加入抗原后，再添加预先与检测抗体结合的 Ru@SiO₂和 luminol@NH₂-MIL-53，形成三明治免疫复合物。在电场作用下，复合物发生 ECL 反应，通过数码相机捕获发光信号。
• 信号放大机制：MIL-53(Fe)-NH₂对鲁米诺、介孔 SiO₂对 Ru (bpy)₃²⁺的高负载能力赋予了纳米生物探针增强的 ECL 特性。同时，MIL-53 (Fe) 能促进 H₂O₂转化为羟基自由基（OH^•），Ti₃C₂T_x-TiO₂杂化物也能促使共反应物 H₂O₂和 TPrA 转化为羟基自由基、超氧自由基（O₂^•?）和 TPrA 自由基，显著放大了 ECL 信号。
• 检测性能评估：经过实验优化，该免疫传感器展现出良好的检测性能。如前文所述，对 Nanog 和 Oct-4 都有较宽的线性响应范围和较低的检测限，这表明该平台在检测尿液中这两种多能性标志物方面具有较高的灵敏度。

在研究结论和讨论部分，研究人员成功通过多信号放大策略，利用闭极 BPE-ECL 实现了对两种多能性标志物的同时可视化检测。闭极 BPE 保证了高电流效率，大量加载的鲁米诺和 Ru (bpy)₃²⁺进一步放大了信号。这种检测方法具有高特异性和高灵敏度，在癌症诊断和干细胞研究方面展现出巨大的潜力，为临床医生更准确地评估癌症患者病情、制定个性化治疗方案提供了有力工具，也为干细胞研究领域对细胞多能性调控机制的深入探索提供了新的检测手段，有望推动相关领域的进一步发展。