Ce3+/Ce4+氧化还原放大结合心房钠尿肽(ANP)识别胞外基质蛋白-1(ECM-1)：乳腺癌生物传感新范式

本研究针对乳腺癌早期诊断中抗体检测成本高、稳定性差的问题，开发了一种基于缺陷工程化CeO2催化剂和ANP肽探针的电化学生物传感器。通过O2等离子体处理诱导羧基化，结合DFT计算验证了-COOH在CeO2表面的强吸附(-5.8 eV)，实现了ECM-1的超灵敏检测(0.28 ng mL-1)。SAXS分子对接揭示了ECM-1/ANP特异性结合机制，为替代传统抗体检测提供了新思路。

　　

乳腺癌是全球女性发病率和死亡率最高的恶性肿瘤，早期诊断可显著提升五年生存率。然而现有检测方法如X线钼靶、组织活检等存在辐射伤害、侵入性强等问题，而液体活检中蛋白标志物检测又面临抗体成本高、稳定性差的瓶颈。胞外基质蛋白-1(ECM-1)作为乳腺癌进展的关键调控因子，在肿瘤组织中呈现显著高表达，但其检测仍依赖传统抗体技术。针对这一挑战，Sathish Panneer Selvam和Sungbo Cho团队创新性地将缺陷工程化CeO₂催化剂与心房钠尿肽(ANP)识别探针相结合，在《Advanced Composites and Hybrid Materials》发表了突破性研究成果。

研究采用煅烧鞣花酸(EA)修饰CeO₂增强氧空位浓度，通过O₂等离子体处理构建羧基化界面，利用EDC/NHS化学固定ANP探针。结合SAXS介导的分子对接阐明ECM-1/ANP相互作用机制，并采用DFT计算验证催化剂表面特性。临床样本验证采用乳腺癌患者血清和MCF-7细胞培养上清。

3.1 Characterization

通过TEM证实EA₅₀₀@CeO₂具有9 nm粒径和0.330 nm的(111)晶面间距，XPS显示Ce³⁺/Ce⁴⁺比值提升至0.34。AFM显示O₂等离子体处理后表面粗糙度(R_q)达178.75 nm，而ANP修饰后降至74.80 nm。

3.2 Molecular docking and dynamics

SAXS分析结合ClusPro服务器揭示ECM-1/ANP复合物形成27个氢键和9个盐桥，结合能-426.7。100 ps分子动力学模拟显示复合物RMSD为40.57 ?，证实结构稳定性。

3.3 Density functional theory

DFT计算表明单氧空位CeO₂对-COOH的吸附能达-5.8 eV，NEB分析显示O₂等离子体处理仅需1.29 eV即可断裂O-H键形成羧基。

3.5 Electrochemical investigations

传感器在0.97-1000 ng mL^-1范围内呈线性响应(R²=0.998)，检出限0.28 ng mL^-1。ROC曲线显示AUC达0.982，显著优于传统CA15-3标志物(AUC=0.848)。

该研究开创性地将肽探针识别与Ce³⁺/Ce⁴⁺氧化还原放大相结合，突破了抗体检测的局限性。DFT计算阐明了缺陷工程对催化剂性能的调控机制，为新型生物传感器设计提供了理论指导。临床验证表明ECM-1水平与乳腺癌进展正相关(15.7-187.8 ng mL^-1)，这种低成本、高稳定的检测策略有望推动乳腺癌早期筛查的普及应用。研究展现的O₂等离子体处理技术(1.29 eV能垒)和分子对接指导的肽探针设计范式，还可拓展至其他疾病标志物检测领域。