基于微针比色装置的黑色素瘤原位监测早期诊断技术研究

《Med-X》：Early diagnosis of melanoma through in situ monitoring using a microneedle colorimetric device

　　

皮肤黑色素瘤具有高复发率、高转移率和高死亡率，早期诊断是改善患者生存率的关键。目前常用的筛查手段——皮肤镜检查和皮肤活检——存在显著局限：皮肤镜灵敏度往往不足，而活检需侵入性获取组织，患者依从性差。为此，研究人员开发了一种微创微针装置，通过分析组织间液实现黑色素瘤的早期检测。该装置由真空抽取系统、显色溶液储存腔及冻干明胶水凝胶传感模块组成，可检测乳酸脱氢酶水平。研究在黑色素瘤小鼠模型中进行了体外与体内验证，结果表明该装置可在肿瘤早期阶段区分患病与对照组动物，且不影响肿瘤进展。这一微创、可视化的检测方式为传统侵入性筛查提供了更为友好的替代方案。

本研究针对皮肤黑色素瘤早期筛查的临床痛点展开。黑色素瘤是全球皮肤癌致死的首要原因，其发病率因紫外线暴露增加而呈流行趋势。现有筛查方法如皮肤镜灵敏度低于80%，易致漏诊；皮肤活检虽为金标准，却具侵入性、疼痛且可能引发感染，造成不必要切除与医疗负担。因此，寻找高灵敏度、低创伤且操作简便的新检测手段成为迫切需求。研究人员聚焦于乳酸脱氢酶（LDH）作为黑色素瘤生物标志物，因其与肿瘤代谢活跃及预后不良密切相关，且在肿瘤及周围组织坏死时释放至组织间液（ISF）。ISF相比血清在早期检测中更具敏感性，且采样微创，适宜常规监测。

在技术方法上，研究人员设计了集成真空抽取功能的微针装置，采用聚二甲基硅酸硅氧烷（PDMS）密封帽与活塞驱动显色溶液释放，将含烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD⁺）和吩嗪硫酸甲酯（PMS）的溶液引入预载显色底物的冻干明胶水凝胶片。实验中，通过扫描电子显微镜表征水凝胶微观结构，并在不同温度、样品体积、乳酸干扰及存储周期条件下测试其稳定性。体外检测使用不同浓度LDH标准溶液验证线性响应关系，体内实验则采用C57BL/6雌性小鼠构建黑色素瘤模型，分别在接种后第1、2、4、6天采集血清与ISF进行LDH定量，并通过商业试剂盒与微针装置结果对比验证性能。安全性评估包括皮肤刺激、炎症细胞浸润、血常规分析及肿瘤生长监测。

研究结果如下：

设计与表征LDH比色冻干水凝胶片

扫描电镜显示，含显色底物的冻干水凝胶呈致密多孔结构，显色反应在25分钟内达到稳定，红色通道均值与LDH浓度在500–20000 U/L范围内呈强线性相关（R²=0.9383）。温度（4°C、20°C、37°C）、样品体积（2.5 μL、5 μL）、生理浓度乳酸（4 mM）及存储两周均不影响检测性能。

微针检测装置的设计与制备

微针装置外形紧凑，尺寸为18×18×10 mm，集成真空抽取、显色溶液储存与释放功能。3×3阵列微针在小鼠皮肤中可抽取约5 μL ISF，满足检测需求。微针外径410 μm、内径210 μm、高度1000 μm，可穿透角质层形成取样通道。

黑色素瘤小鼠模型的体内评估

在肿瘤接种早期，血清LDH无明显变化，而ISF中LDH浓度约为血清的十倍，并随时间升高。微针装置在第1天即可检测到显著差异（p=0.0006），显示其在早期筛查中的高灵敏度。健康小鼠应用装置后未出现显著炎症反应或血液学异常，皮肤恢复良好，肿瘤生长亦不受影响。

讨论与结论部分指出，该微针装置通过微创方式实现皮肤ISF中LDH的快速比色检测，避免了传统活检与采血的不便，兼具高准确性与稳定性。其显色机制可通过更换水凝胶中的底物扩展至其他疾病标志物的检测，如酒精脱氢酶（ADH）用于肝功能评估，葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）用于溶血性疾病筛查。未来结合智能手机成像与自动化分析软件，可实现实时数据共享与远程诊断，提升临床管理效率。该研究发表于《Med-X》，为黑色素瘤及其他代谢性疾病的早期筛查提供了一种安全、便捷、可扩展的新型技术平台。