《Biosensors and Bioelectronics》：Smartphone-based preeclampsia diagnosis through detection of dual biomarkers – nephrin and podocalyxin
编辑推荐：
朴镇浩|李东勋|钟光敏|朴恩圭|赵英权|李鹤浩|申一秀美国马萨诸塞州波士顿麻省总医院系统生物学中心，邮编02114摘要子痫前期（PE）是全球约15%的孕产妇死亡原因，在低收入和中等收入国家中的死亡率尤为高。目前的诊断方案需要实验室设施和受过培训的人员，这排除了资源有限地区的女性使
朴镇浩|李东勋|钟光敏|朴恩圭|赵英权|李鹤浩|申一秀
美国马萨诸塞州波士顿麻省总医院系统生物学中心，邮编02114
摘要
子痫前期（PE）是全球约15%的孕产妇死亡原因，在低收入和中等收入国家中的死亡率尤为高。目前的诊断方案需要实验室设施和受过培训的人员，这排除了资源有限地区的女性使用的可能性。我们开发了一种集成智能手机的双生物标志物侧向流动分析（LFA）平台，可以同时定量检测nephrin（NPHS1）和podocalyxin（PODXL），这两种与足细胞尿相关的生物标志物的临床临界值分别为>304.6 ng/mL和>59.5 ng/mL。通过杂交瘤技术制备了六种单克隆抗体，并筛选出最佳的捕获-检测组合。将选定的抗体修饰的金纳米颗粒（Ab@AuNPs）组装到硝酸纤维素膜上的夹心免疫分析条上。该检测方法能够在0–1,000 ng/mL的范围内检测到这两种生物标志物，其检测限（LOD）分别为2.41 ng/mL（NPHS1）和2.27 ng/mL（PODXL），拟合曲线呈S形（R2 = 0.97和0.98）。这两种生物标志物的检测结果与ELISA方法高度一致（R2 > 0.96），并且对尿液中的干扰蛋白具有高特异性。添加标准品的人尿样本显示，添加浓度与实际检测浓度之间的相关性很高（R2 > 0.99）。使用参考卡和智能手机读取器即可进行检测，无需专用仪器。整个过程在15分钟内完成，无需实验室设备即可实现早期子痫前期筛查。
引言
子痫前期（PE）是一种妊娠特异性多系统疾病，其特征是在既往血压正常的孕妇妊娠20周后出现妊娠高血压和显著的蛋白尿（Oluwole等人，2023年；Chen等人，2025年；Wu等人，2009年）。它仍然是产科领域的主要挑战，导致高达8%的妊娠并发症；更严重的是，它是15%的孕产妇死亡的原因，其中绝大多数发生在服务不足的人群中（Redman和Sargent，2005年；Amaral等人，2017年；Akaba等人，2021年）。全球发病率持续上升，其原因包括高龄产妇、遗传倾向、孕前肥胖、辅助生殖技术、慢性高血压以及其他孕产妇合并症（Dimitriadis等人，2023年；Lopian等人，2023年）。
目前子痫前期的诊断方法依赖于临床评估、血压监测、子宫动脉的超声多普勒评估以及生物液体的生化分析（Karabay等人，2025年；Anderson等人，2012年）。尽管这些传统方法能够准确诊断PE，但它们存在显著局限性，例如在无症状病例中的诊断困难、诊断标准不一致以及在产前护理有限的情况下难以应用（Ng等人，2024年；Ng等人，2024年；Malone等人，2022年）。
目前迫切需要一种简单、快速且易于获取的PE诊断平台。侧向流动分析（LFA）系统满足了这一需求，能够在用户干预和设备要求最少的情况下实现快速、经济有效的目标检测（Omidfar等人，2023年；Sena-Torralba等人，2022年；Deng等人，2021年）。虽然已经开发了许多基于LFA技术的自我诊断平台（Martin等人，2022年；Park等人，2022年；Zhang等人，2022年；Vidal-Alcántara等人，2024年；Jiang等人，2019年），但由于缺乏具有明确临界值的合适生物标志物的数据，这些平台在PE诊断中的应用仍然有限（Ng等人，2024年；Ng等人，2024年）。
在过去几十年中，提出了许多PE生物标志物，包括可溶性fms样酪氨酸激酶1（sFlt-1）、血清α-胎蛋白（AFP）、尿糖化纤维连接蛋白（GlyFn）、游离胎儿血红蛋白（HbF）、五聚体蛋白3（PTX3）、胎盘生长因子（PlGF）和P-选择素（Lecarpentier等人，2016年；Pollard，2008年；Tosun等人，2010年；Kluivers等人，2025年；Bellos等人，2020年；Angeli等人，2020年）。然而，这些生物标志物往往存在灵敏度不足、特异性差或检测要求复杂等问题，阻碍了其在现场（POC）的应用。最近的证据表明，与足细胞尿相关的标志物在诊断性能上优于单独的血管生成标志物或传统的蛋白尿测量方法，具有更高的灵敏度和特异性。
寻找早期PE指标的研究越来越多地集中在两种与足细胞尿相关的蛋白质上：nephrin（NPHS1）和podocalyxin（PODXL）（Angeli等人，2020年；Wang等人，2012年；Son等人，2013年；Chen等人，2017年）。与在疾病进展后期才出现的传统标志物不同，这些蛋白质在足细胞损伤的最初迹象就会出现并进入尿液中。Kostovska等人确定了NPHS1的尿中临界值为>304.6 ng/mL，PODXL的临界值为>59.5 ng/mL，为诊断提供了验证框架。尽管包括ELISA、质谱和电化学生物传感器在内的多种平台具有高准确性（Wang等人，2015年；Morales-Betanzos等人，2025年；Lee等人，2021年；Ichikawa等人，2025年），但由于操作要求和仪器尺寸的限制，它们在现场的应用受到限制，影响了便携性和可及性。
在这里，我们报告了一种使用智能手机读取器在15分钟内同时定量尿液中NPHS1和PODXL的LFA方法。通过杂交瘤技术制备了六种单克隆抗体候选物（每种目标三种），评估了所有组合以确定最佳的捕获-检测组合，然后将其与金纳米颗粒（Ab@AuNPs）结合。优化的LFA平台在广泛的动态范围内（0-1,000 ng/mL）实现了对这两种蛋白质的稳健检测，检测限（LOD）分别为2.41 ng/mL（NPHS1）和2.27 ng/mL（PODXL），远低于已建立的临床临界值。
我们系统的关键优势在于它能够在单条检测条上同时检测这两种目标蛋白质，且无交叉反应或干扰。通过与智能手机结合的自动化图像处理，无需专用设备即可实现现场定量。我们通过测试添加标准品的人尿样验证了其临床适用性，结果显示添加浓度与实际检测浓度之间的相关性很高（R2 > 0.99），证实了该现场诊断平台的准确性和可靠性。
部分摘要
材料与试剂
牛血清白蛋白（BSA，纯度≥99%）、Tween-20（平均分子量1.228 kDa）、Triton X-100和抗小鼠IgG抗体（1 mg/mL）购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。10-G表面活性剂、20×硼酸盐缓冲液（pH 8.5）和1×磷酸盐缓冲盐水（PBS，pH 7.4）购自ThermoFisher Scientific（美国马萨诸塞州沃尔瑟姆）。人重组蛋白nephrin（NPHS1）和podocalyxin（PODXL）购自MyBioSource（美国加利福尼亚州圣地亚哥）。中性粒细胞明胶酶相关脂钙蛋白
双生物标志物PE诊断的概念框架
图1概述了我们的三阶段工作流程：（i）通过成熟的杂交瘤技术制备单克隆抗体；（ii）抗体配对筛选后的LFA条制备；（iii）使用参考卡和智能手机的信号读取，无需额外仪器，使测试可以在临床设施外进行。两条测试线（TL-1和TL-2）分别用抗NPHS1和抗PODXL抗体进行功能化，从而实现独立检测
结论
我们开发了一种集成智能手机的LFA系统，能够在15分钟内通过单条检测条同时检测尿液中的NPHS1和PODXL——这两种生物标志物具有已建立的临床临界值。其检测限（LOD）分别为2.41 ng/mL（NPHS1）和2.27 ng/mL（PODXL），远低于临床阈值。ELISA方法的一致性（R2 > 0.96）以及在人尿中的加标回收实验（R2 > 0.99）证实了其分析可靠性。此外，双检测功能使得同时定量这两种生物标志物成为可能
CRediT作者贡献声明
朴镇浩：撰写——初稿、验证、方法学、研究、数据分析、数据管理。李东勋：撰写——初稿、验证、资源协调、方法学、数据分析。赵英权：验证、研究。李鹤浩：撰写——审稿与编辑、监督、项目管理、方法学、资金获取、概念构思。钟光敏：资源协调、方法学、数据分析。朴恩圭：验证、数据管理。申一秀：撰写——
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本研究部分得到了美国国立卫生研究院（NIH）的资助（项目编号：1U01CA279858（H.L.）、U01CA284982（H.L.）、R01CA239078（H.L.）、R01HL163513（H.L.）、R21CA267222（H.L.）、R01CA264363（H.L.）、R61CA297878（H.L.）；以及韩国国家研究基金会（NRF）的资助（项目编号：RS-2024-00354654，负责人：I.-S.S.），该资助由韩国科学技术部提供。此外，本研究还得到了韩国基础科学研究计划（RS-2025-02633604，负责人：Y.K.C.）的支持，该计划由NRF资助。
