《Microchemical Journal》：Advances in aptamer-based biosensors for cancer biomarker detection: a systematic review of emerging technologies and translational potential
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aptamer-based传感器在癌症诊断中的应用研究，系统综述了91项研究，比较了电化学、光学、荧光和重力传感平台的性能，发现电化学传感器因高灵敏度、低功耗和便携性成为主流，纳米材料（如金纳米颗粒、MOFs）和AI指导的aptamer设计显著提升检测能力，但临床转化仍面临标准化制造和大规模验证的挑战。
尤素夫·卢克曼（Yusuf Lukman）|莎扎娜·希尔达·沙姆苏丁（Shazana Hilda Shamsuddin）
马来西亚科学大学医学院病理学系，健康校区，16150 Kubang Kerian，吉兰丹州，马来西亚
摘要
背景
早期检测癌症生物标志物对于改善患者预后至关重要，基于适配体的传感器因其高灵敏度、特异性以及与纳米材料的兼容性而受到关注。然而，其临床应用仍需系统评估。
目的
本研究旨在评估基于适配体的传感器在癌症生物标志物检测方面的分析性能和转化潜力。
数据来源
2010年1月至2025年8月期间，通过PubMed、Scopus、Web of Science和Google Scholar等数据库，使用“适配体（aptamer）、适配体传感器（aptasensor）、癌症生物标志物（cancer biomarker）、电化学（electrochemical）、光学（optical）、荧光（fluorescent）和重量分析（gravimetric”等关键词进行了搜索。
数据提取
共识别出5818条记录，去除重复项后剩余2203条。经过标题和摘要筛选，最终有95篇全文文章被纳入分析。
结果
电化学传感器是报道最多的类型，其次是光学、荧光和重量分析传感器。适配体的选择通常倾向于顶环（apical loop）和茎部（stem）内的结构基序，以及具有两个相邻茎部的中央环（central loop），以最大化结合特异性和稳定性。常用的生物偶联化学方法包括C6间隔基团、硫醇（thiol）、胺（amine）和羧基（carboxyl）连接，这些方法增强了电子转移和传感器性能。通过整合纳米材料（如金纳米颗粒、量子点、金属有机框架（MOFs）和纳米酶），检测限进一步提高到了飞摩尔（femtomolar）水平。
结论
基于适配体的传感器在癌症即时诊断（point-of-care）方面具有巨大潜力。未来的研究应优先考虑基于机器学习的适配体选择、标准化制造以及大规模临床验证，以确保其在精准肿瘤学（precision oncology）中的可靠应用。
引言
癌症仍然是全球主要的死亡原因之一，早期检测对于提高患者生存率至关重要。因此，通过灵敏、特异且成本效益高的诊断平台识别癌症生物标志物成为肿瘤学研究的重点。尽管传统诊断方法有效，但常常受到高成本、复杂的样本制备过程、不稳定性和分析时间长等限制。在这种情况下，适配体传感器作为一种有前景的替代方案应运而生，它们克服了许多这些问题，并提供了更优越的分析性能[1]。适配体传感器是利用适配体（短单链DNA或RNA、寡核苷酸，长度25-90个核苷酸）作为识别元件的生物传感装置。通过SELEX（指数富集系统进化法）选出的适配体能够以高亲和力和特异性结合目标分子。结合后，构象变化会引发可测量的电化学、光学或机械响应[[2], [3], [4]]。与传统生物传感方法相比，适配体传感器具有多项优势：不同于仅能检测互补核酸序列的基因传感器，适配体可以识别蛋白质、小分子、细胞和离子等多种目标；与依赖抗体的免疫传感器相比，适配体合成速度更快、成本更低、体积更小，从而实现更高的固定密度，并在各种环境条件下保持稳定性，还能多次重复使用；此外，与易发生变性和受环境影响的酶基传感器不同，适配体在恶劣条件下仍能保持功能[5,6]。癌症生物标志物（如蛋白质、核酸、代谢物和循环细胞）对于早期检测、分期、预后评估、治疗监测和复发预测至关重要。例如，乳腺癌中的人表皮生长因子受体2（HER2）、前列腺癌中的前列腺特异性抗原（PSA）、结直肠癌中的癌胚抗原（CEA）和卵巢癌中的癌症抗原125（CA125），以及新兴的生物标志物如循环肿瘤DNA和外泌蛋白。然而，由于这些标志物在临床样本中的含量较低，因此需要高度敏感的检测技术[1]。适配体传感器特别适合这一应用，能够实现多重检测，与微型设备兼容，并适用于即时检测，尤其在资源有限的环境中极具价值[[7], [8], [9], [10]]。尽管有这些优势，但由于核酸酶降解、监管障碍和制造可扩展性等问题，适配体的临床转化仍受到限制。虽然一些研究强调了其可行性，但以往的综述文章主要关注电化学适配体传感器在癌症生物标志物检测方面的设计进展[11]和移动平台[12]，缺乏系统性的、基于协议的性能比较。迄今为止，尚未有全面的系统综述或荟萃分析综合评估适配体在癌症生物标志物检测方面的进展、挑战和转化潜力[3,13]。相比之下，我们的综述通过对91项研究中的检测限（LOD）值进行荟萃分析，客观评估了传感器的性能和平台优势。通过这种定量方法，我们还揭示了制造策略（包括纳米材料选择、表面化学修饰、信号放大和检测平台）的差异如何导致不同研究中适配体传感器性能的巨大差异。
文献搜索策略
本系统综述遵循2020年《系统综述和荟萃分析优先报告项》（PRISMA）指南进行，以确保方法学的严谨性[14]。在PubMed、Scopus、Web of Science和Google Scholar四个主要电子数据库中进行了全面搜索。针对每个数据库定制了搜索策略，并结合了与适配体相关的受控词汇和自由文本关键词。
结果与讨论
本系统综述总结了2015年至2025年间发表的研究成果，反映了适配体传感器技术在癌症诊断领域的快速发展。最初从数据库中识别出5818条记录（PubMed=2293条；Web of Science=2625条；Google Scholar=391条；Scopus=326条），未通过手动筛选参考文献获得额外记录。其中大部分记录涉及其他类型的传感器或与癌症检测无关的方法。
临床转化挑战与未来方向
得益于DNA纳米结构、金属有机框架（MOFs）和CRISPR/Cas12a等创新技术，适配体传感器的灵敏度已从2015年的图像级（pictogram level）提升到了飞摩尔（femtomolar）、飞克（femtogram）和阿托克（attogram）水平。2025年，结合人工智能（AI）、智能手机平台和纳米酶的最新进展使得PSA的检测限达到0.28 ag/mL，标志着向实时、分布式癌症诊断的转变。这一进展标志着癌症诊断技术的重大进步。
结论
本系统综述分析了91项研究，表明基于适配体的生物传感器在电化学、光学、荧光和重量分析平台上的癌症生物标志物检测方面取得了显著进展。电化学适配体传感器因其出色的灵敏度、低功耗需求以及与便携式和一次性电极格式的兼容性而得到最广泛的应用。光学和荧光平台在视觉信号方面提供了互补优势。
未来展望
展望未来，有几个优先研究方向将定义基于适配体的癌症诊断技术的下一阶段创新：
数据和材料的可用性
本研究生成或分析的所有数据均包含在本文中。
CRediT作者贡献声明
尤素夫·卢克曼（Yusuf Lukman）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、软件开发、方法学设计、数据分析、概念构建。莎扎娜·希尔达·沙姆苏丁（Shazana Hilda Shamsuddin）：撰写——审稿与编辑、验证、概念构建。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者感谢马来西亚高等教育部通过基础研究资助计划（FRGS/1/2022/SKK10/USM/02/24）提供的财政支持。同时，也感谢Rayyan邀请的三位匿名独立审稿人在研究筛选方面的协助，他们的支持提高了评审过程的严谨性；不过，根据作者身份标准，他们未被列为共同作者。
