利用无标记和磁诱导自组装电化学生物传感器精确检测端粒酶逆转录酶C228T突变

《Bioelectrochemistry》：Precise detection of telomerase reverse transcriptase C228T mutation using label-free and magnetically induced self-assembly electrochemical biosensors

　　

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  构建了一种信号关闭型电化学生物传感器，用于检测TERT C228T突变。
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  该传感器表现出高单碱基选择性、重复性和长期稳定性。
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  在人血清中的可靠检测验证了其临床潜力。

引言

甲状腺癌是全球增长最快的实体恶性肿瘤之一[1], [2], [3]。在这些恶性肿瘤中，乳头状甲状腺癌（PTC）是全球最常见的甲状腺癌亚型，占所有诊断病例的绝大多数[4], [5]。尽管PTC通常具有较好的预后，但部分患者仍面临较高的复发和转移风险，这反映了该疾病的生物学异质性[6], [7], [8]。因此，识别用于早期诊断和风险分层的分子生物标志物对于提高PTC的治疗精度至关重要[9], [10]。

越来越多的证据表明，端粒酶逆转录酶（TERT）启动子突变是多种人类恶性肿瘤发生中的关键遗传改变[11], [12], [13]。其中，位于TERT启动子区域的C228T突变作为一个热点改变，增强了转录因子的结合亲和力[14], [15], [16]，从而导致TERT表达上调，并赋予肿瘤细胞持续的增殖能力[17], [18], [19]。临床和实验研究表明，这种突变在乳头状甲状腺癌（PTC）组织中的发生率明显高于良性甲状腺结节[20], [21], [22]，突显了其作为具有重大临床意义的肿瘤特异性生物标志物的潜力。因此，开发一种敏感且特异的方法来检测TERT C228T突变对于PTC的早期分子诊断和风险分层非常重要[23], [24], [25]。

然而，传统的检测TERT启动子突变的技术，包括聚合酶链反应（PCR）[26]、微滴数字PCR（ddPCR）[27]、下一代测序（NGS）[28]和Sanger测序[29]等，往往受到复杂程序、较长周转时间以及对专业仪器的依赖性限制，这限制了它们在快速临床筛查或即时检测中的应用[30], [31], [32]。在需要检测低丰度突变或液体活检样本中的循环肿瘤DNA的情况下，这些限制更加明显，因为这些情况下需要高灵敏度和信噪比[33], [34], [35]。

将纳米技术与电化学生物传感相结合，为分子诊断开辟了新的途径[36], [37], [38]。磁性纳米材料由于其对外部磁场的优异响应性和多样的表面修饰能力[39], [40], [41]，被广泛用于目标富集和分离[42], [43], [44]。其中，α-Fe₂O₃/Fe₃O₄磁性异质纳米棒（MHNRs）具有较大的比表面积、良好的电化学稳定性和明确的形态，这些特性共同提高了传感应用中的信号捕获效率[45], [46]。同时，金纳米颗粒（AuNPs）因其高电导率和出色的生物相容性[47], [48]而受到重视，它们可作为有效的信号放大器和通过强AuS键[49], [50]修饰探针的稳定锚定点。这两种纳米材料的协同组合提供了一个有前景的混合平台，结合了磁操控和信号放大功能，从而实现高性能的生物传感[51], [52], [53]。

在这项工作中，我们制备了α-Fe₂O₃/Fe₃O₄@Au MNCs，并将其与磁辅助自组装策略结合，开发了一种无标记的电化学生物传感器，用于检测TERT_C228T突变。据我们所知，这是首次使用这种纳米复合平台来检测TERT启动子突变。该传感策略旨在选择性地识别突变序列，并通过信号关闭机制将分子杂交事件转化为电化学信号。这种集成方法结合了磁分离、高电导率和无标记检测的优点，为乳头状甲状腺癌的分子诊断提供了一种简单快捷的替代方案。

节片段

材料

硫醇修饰的阿普蒂尔（5′-SH-(CH₂)₆-CGGAAGGGGCTGG-3′）及其相应的TERT启动子C228T目标寡核苷酸（5′-CCAGCCCCTTCCG-3′）从Sangon Biotech Co., Ltd.（中国上海）购买。其他试剂材料见补充材料。

α-Fe₂O₃/Fe₃O₄ MHNRs和α-Fe₂O₃/Fe₃O₄@Au MNCs的制备和表征

首先将15 mmol的FeCl₃·6H₂O和0.5 mmol的NH₄H₂PO₄溶解在100 mL去离子水中，然后剧烈搅拌以实现混合均匀，得到溶液

生物传感器的构建和检测设计原理

如图1所示，电化学生物传感器被合理设计用于检测TERT启动子C228T突变序列。首先，使用α-Fe₂O₃/Fe₃O₄@Au MNCs作为传感材料，实现了快速磁富集，并提供了丰富的活性位点。值得注意的是，磁分离步骤并不参与特定的杂交动力学；相反，它作为一种高效的清洗和富集策略，减少了

结论

• (1)
  在本研究中，合成了长度为165.3 nm、直径为70.1 nm的α-Fe₂O₃纳米棒，随后用它们作为前体制备了长度为145.4 nm、直径为59.2 nm的α-Fe₂O₃/Fe₃O₄ MHNRs。这些纳米棒表现出16.07 emu·g^?1的饱和磁化强度，保持了稳定的棒状形态，并提供了丰富的活性位点，显著提高了界面电子转移效率。这些特性使它们非常适合用于

CRediT作者贡献声明

Wentao Li：撰写——初稿、软件、方法论、研究、数据分析、概念化。Min Liu：撰写——初稿、可视化、验证、研究、数据分析。Zhanyi Qu：软件、研究、数据分析。Qianqian Deng：研究、数据分析。Ruijiang Liu：撰写——审稿与编辑、验证、监督、资源获取。Zhan-ao Wu：撰写——审稿与编辑、可视化、项目管理，

伦理批准

本研究已获得中国江苏省丹阳市人民医院伦理委员会的批准（伦理编号：20260514）。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本论文工作的财务利益冲突或个人关系。

致谢

本工作得到了镇江科学技术计划（批准编号：JC2025019）的支持。

Wentao Li|Min Liu|Zhanyi Qu|Qianqian Deng|Ruijiang Liu|Zhan-ao Wu