癌症仍然是全球最严重的健康挑战之一，每年影响数百万人。当癌症在晚期被诊断出来并进展为转移时，其发病率和死亡率都很高，成为全球第二大死亡原因。早期检测显著改善了治疗结果和患者生存率（Crosby等人，2022年）。循环肿瘤细胞（CTCs）是一个有前景的早期诊断生物标志物，可以在转移发生之前提供关键信息。CTCs从原发性实体肿瘤释放到血液中，在数百万血液成分中作为稀有细胞循环。尽管只有少数CTCs能够成功扩散并引发继发性肿瘤（Chen等人，2021年），但它们的存在作为预测转移潜力的有价值的诊断和预后标志物。因此，早期检测CTCs在癌症监测和临床管理中起着至关重要的作用（Shen等人，2021年）。由于CTCs的数量很少，检测它们在技术上具有挑战性。分离方法依赖于物理特性（如大小、电荷、可变形性和密度）或生物标志物，包括细胞表面的蛋白质表达、侵袭能力和活力。基于生物的方法，如通过CellSearch系统的磁分离和基于微流控的捕获，利用癌症特异性生物标志物进行选择性捕获（Gribko等人，2019年）。
已经探索了许多用于CTCs检测的技术，包括免疫学技术、微流控和荧光成像（Cai等人，2021年）。其中，CellSearch系统作为首个获得FDA批准的乳腺癌和结直肠癌诊断设备而值得注意。它利用用EpCAM抗体功能化的磁性颗粒从血液中分离CTCs，然后通过荧光染色进行识别（Bai等人，2014年；Tian等人，2020年）。磁性纳米颗粒具有超顺磁性、低毒性、经济性和电催化特性等独特优势，使其成为生物医学应用的理想选择，包括药物递送（Abdollahi等人，2019年）、成像（Zhang等人，2023a年）、基因递送（Pandey等人，2023年）和诊断（El-Wekil等人，2022年）。
多种纳米颗粒——如磁性纳米颗粒（Ayd?n等人，2024年）、金属纳米颗粒（Olorundare等人，2024年）、聚合物纳米颗粒（Mouffouk等人，2017年）、量子点（Wang等人，2023年）、碳纳米管（Zhu等人，2021年）、金属氧化物（Sharma等人，2024年）和石墨烯（Singh等人，2020年）——已被整合到癌症生物传感器平台中。这些包括电化学（Chellachamy Anbalagan等人，2024年）、压电（Jin等人，2024年）和光学生物传感器，如SERS（Oliveira等人，2024年）、SPR（Liu等人，2023年）、LSPR（Borghei和Hosseinkhani，2022年）、荧光（Salmani-Zarchi等人，2023年）和比色生物传感器（Li等人，2023年）。纳米颗粒在这些系统中扮演着关键角色，从识别部分到转换器（Ranjan等人，2017年；Tothill，2009年；Wen等人，2023年）。在光学平台中，比色生物传感器特别吸引人，因为它们简单、经济且可以肉眼检测。金属纳米颗粒，如金（Au）和银（Ag），因其强烈的表面等离子体共振（SPR）吸收而经常被使用。除了光学特性外，金纳米颗粒还以其易于合成、表面修饰潜力和催化活性而闻名（Lee等人，2021年；Sun等人，2020年）。将金纳米颗粒与磁性纳米颗粒结合可以通过协同效应进一步提高催化效率（Bakr等人，2021年；Qin等人，2021年）。
生物传感器还利用各种识别元件——包括适配体（Borghei等人，2020年）、核酸（Mikaeeli Kangarshahi等人，2024年）、抗体（Xiao等人，2009年）、凝集素（Tran等人，2022年）和肽（Yu等人，2024年）——以实现高特异性的癌细胞检测。特别是肽，在基因递送（Majidi等人，2016年）、药物递送（Rizvi等人，2024年）、成像（Zohrabi和Hosseinkhani，2020年）、免疫疗法（Xie等人，2024年）和生物传感应用（Wu等人，2024年）方面表现出优异的物理化学性质。它们明确的化学结构、易于修饰性和对目标的强亲和力使它们成为生物传感器设计的理想候选者（Perfézou等人，2012年；Sadighbayan等人，2019年）。
我们最近开发了重组多功能肽，用于同时进行基因和药物递送（Alipour等人，2018年；Majidi等人，2015年；Sadeghian等人，2012年）。这些肽已显示出向特定正常细胞和癌细胞靶向递送药物和基因的能力（Cheraghi等人，2016年；Ghafary等人，2022年）。MiRGD肽通过基因组合与RGD基序（由精氨酸、甘氨酸和天冬氨酸组成）进行了修饰。此外，我们最近还展示了MiRGD在免疫疗法和DNA疫苗中的基因递送和体内转染中的作用（Dehshiri等人，2025年）。RGD基序对αvβ3整联蛋白具有高亲和力，这些整联蛋白在某些癌细胞的细胞表面表达增加，但在正常细胞中不存在。这种肽被认为是检测癌细胞的有希望的识别元件（Chinen等人，2015年；Hou等人，2020年）。
在这里，我们设计并开发了一种比色生物传感器，该传感器可以使用MiRGD重组肽作为识别元件快速分离癌细胞。与传统CTC检测平台（如基于EpCAM的FDA批准的CellSearch系统，该系统依赖于富集和荧光读数）相比，我们的方法使用了具有高亲和力的基因工程MiRGD肽，这种肽对αvβ3整联蛋白具有高亲和力。这些整联蛋白在某些癌细胞上选择性过表达，在正常细胞中不存在，从而能够更广泛地检测异质性的CTC群体。与抗体相比，肽具有更好的稳定性、更低的免疫原性和更低的生产成本，使其成为设计稳健且可扩展的生物传感器的理想选择。它们的较小尺寸也有助于更好的组织渗透和更快的结合动力学，提高了整体检测灵敏度。此外，通过结合金和磁性纳米颗粒，我们的系统利用了类过氧化物酶的协同活性产生肉眼可见的强比色信号，无需昂贵的光学仪器。这种双功能平台在一个构建体中同时实现了磁分离和信号生成，提高了检测效率，同时保持了操作的简单性。
这种分子特异性、磁操控和成本效益高的比色输出的整合代表了在床旁CTC检测方面的重大进展。它提高了诊断应用的可访问性，并简化了适用于临床和研究的工作流程。
在这项工作中，MiRGD-NTA-TGA-Au-PEI-Fe3O4纳米颗粒（MiRGD@NTA@Au-Fe3O4 Nps）能够实现MDA-MB-231癌细胞的磁分离和类过氧化物酶检测。在这项研究中，MiRGD肽与用硫代甘油酸（TGA）和硝基三乙酸（NTA）功能化的磁性金纳米颗粒结合。利用MiRGD肽对αvβ3整联蛋白的高亲和力和铁金纳米杂化物的类过氧化物酶活性，该系统允许使用TMB底物简单地进行磁性分离和肉眼可视化癌细胞。
