微流控数字ELISA技术实现小动物全血多重生物标志物高时间分辨率监测

为解决小动物模型研究中样本量大、时间分辨率低的问题，研究人员开发了微流控数字ELISA（PEdELISA）平台，首次实现3.5 μL全血直接检测，2小时内完成细胞因子动态分析，为脓毒症等急性炎症疾病的机制研究和个体化治疗提供新工具。

　　

在重症医学和药物研发领域，小动物模型的生物标志物动态监测长期面临两大难题：传统方法需要牺牲大量动物获取足量血液样本，且时间分辨率不足难以捕捉免疫反应的瞬时变化。以脓毒症（Sepsis）为例，其病理过程中细胞因子风暴的演变往往在数小时内发生剧烈波动，但现有技术因需1-2 mL血清样本和复杂前处理，迫使研究者采用"牺牲式采样"策略——这不仅导致每年超1亿只小鼠被用于临床前研究，更掩盖了个体异质性和动态生物学特征。

美国密歇根大学（University of Michigan）的研究团队在《Biosensors and Bioelectronics》发表的研究中，通过革命性的微流控数字ELISA（PEdELISA）平台破解了这一困局。该技术突破性地整合了三项核心技术：单分子计数检测系统将灵敏度提升至亚飞摩尔级（sub-femtomolar）；微流控芯片内建抗溶血涂层实现全血直接进样；半自动化系统使采样到结果输出缩短至2小时。研究采用盲肠浆液（CS）诱导的脓毒症小鼠模型，仅用3.5 μL尾静脉血即完成IL-6、MCP-1等细胞因子的连续监测，首次揭示抗生素干预后6小时内的细胞因子动态变化与肝损伤标志物的相关性。

关键实验方法
研究人员构建了预图案化抗体微阵列的PDMS微流控芯片，通过环氧基磁珠（Dynabeads? M-270）固定捕获抗体，采用化学发光底物（QuantaRed?）进行信号放大。系统验证使用BioLegend和R&D Systems的抗体对，通过HRP-链霉亲和素（HRP Streptavidin）实现三明治法检测。脓毒症模型采用C57BL/6小鼠，在抗生素治疗前后进行每小时采血，对比传统ELISA验证平台性能。

主要研究结果

1. Materials：优化后的芯片可同时检测4种细胞因子（IL-6、MCP-1、CXCL-1、CCL-11），检测限较传统方法降低100倍。
2. Concept of PEdELISA-enabled longitudinal mouse model study：单只小鼠连续6次采血（总量＜21 μL）获得的时间序列数据，成功捕捉到脓毒症初期IL-6的爆发式升高及其与肝损伤的时序关联。
3. Conclusion and outlook：该平台使单个动物多时间点检测成为可能，较传统方法减少80%实验动物使用，为个性化免疫调节治疗提供实时决策依据。

这项研究的里程碑意义在于：首次实现未处理全血的数字ELISA检测，其3.5 μL样本需求仅为常规方法的1/500；建立的小鼠脓毒症动态模型为理解免疫应答异质性提供新范式；专利中的微流控芯片制造工艺（专利号17776131）具备临床转化潜力。正如通讯作者Katsuo Kurabayashi强调的，该技术将推动ICU实时监测和精准医疗的发展，同时响应"3R原则"大幅降低动物实验伦理风险。未来通过整合更多标志物panel，有望构建急性炎症疾病的早期预警系统。