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  性傳播感染（sexually Transmitted Infections, STI）已引起嚴(yán)重的全球衛(wèi)生問(wèn)題，特別是對(duì)于衛(wèi)生保健條件有限的偏遠(yuǎn)國(guó)家的婦女和兒童�？焖俚募磿r(shí)檢測(cè)技術(shù)對(duì)于STI的早期診斷以及緩解和治療這些疾病造成的健康問(wèn)題至關(guān)重要。

  近期，哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院陶偉教授團(tuán)隊(duì)受邀從納米材料角度總結(jié)了STI即時(shí)檢測(cè)的最新進(jìn)展，其中重點(diǎn)介紹了從病毒基因分型檢測(cè)到抗原檢測(cè)、從病毒傳感器到光學(xué)和聲學(xué)傳感器的應(yīng)用，以及設(shè)想了納米生物技術(shù)在STI中快速、智能的即時(shí)診斷應(yīng)用。該成果以 “Materials chemistry-enabled platforms in detecting sexually transmitted infections: progress towards point-of-care tests”為題，在Cell Press旗下化學(xué)領(lǐng)域綜述類期刊Trends in Chemistry（IF = 24.081）的7月份issue上在線發(fā)表。

一 、STI檢測(cè)背景介紹

  性傳播感染主要通過(guò)無(wú)保護(hù)的性接觸或其他非性活動(dòng)（例如血液、血液制品和母嬰傳播）傳播，全球新增病例超過(guò)3.57億。由于許多患者沒(méi)有外觀表現(xiàn)癥狀，可能在不知不覺(jué)中保持慢性感染，導(dǎo)致性傳播感染進(jìn)一步傳播給他人。此外，報(bào)告的性傳播感染病例顯著增加，其中90%發(fā)生在發(fā)展中國(guó)家。

  早期準(zhǔn)確篩查性傳播感染不僅可以為患者提供及時(shí)有效的治療，還可以限制感染的傳播。迄今為止，雖然在高收入國(guó)家已經(jīng)應(yīng)用了即時(shí)的性傳播感染檢測(cè)，例如RT-PCR設(shè)備（標(biāo)準(zhǔn)核酸擴(kuò)增），但對(duì)于資源有限的偏遠(yuǎn)國(guó)家，世界衛(wèi)生組織推薦了“ASSURED”管理方法（英文單詞Affordable便宜、Sensitive靈敏、Specific特異、User-friendly易使用、Rapid/Robust快速/穩(wěn)定、Equipment-free無(wú)儀器和Deliverable易儲(chǔ)運(yùn)的第一個(gè)字母組成）。

  作為一種靈敏、特異、無(wú)需設(shè)備、快速、用戶友好和低成本的檢測(cè)形式，快速即時(shí)檢測(cè)可避免過(guò)度治療，同時(shí)也能準(zhǔn)確指導(dǎo)抗生素的使用，實(shí)現(xiàn)高效治療。因此，更方便且更便宜的即時(shí)檢測(cè)有望成為STI的“ASSURED”的重要組成部分。此外，世衛(wèi)組織已將開(kāi)發(fā)負(fù)擔(dān)得起的STI即時(shí)檢測(cè)列為首要任務(wù)。在過(guò)去的幾十年中，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有巨大潛力的新興納米技術(shù)極大地影響了STI即時(shí)檢測(cè)的方式和方法。本文介紹了STI即時(shí)檢測(cè)的最新進(jìn)展（圖 1），以及對(duì)基于納米生物技術(shù)的STI檢測(cè)策略從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用的未來(lái)前景和挑戰(zhàn)提出了展望。

圖1. STI的種類及其基于“ASSURED”標(biāo)準(zhǔn)的納米材料化學(xué)診斷平臺(tái)

二、STI即時(shí)檢測(cè)的進(jìn)展

  基于病原體的核酸檢測(cè)一直是當(dāng)前STI檢測(cè)技術(shù)的基石，例如便攜式水凝膠逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)方法、快速靜電核酸富集和檢測(cè)、可視化核酸微陣列、基于金納米顆粒的核酸檢測(cè)方法、直接比色診斷、電化學(xué)核酸雜交生物傳感器等。作為STI檢測(cè)的另一個(gè)基石，基于蛋白質(zhì)生物標(biāo)志物的酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定（ELISA）已被廣泛應(yīng)用。然而，其復(fù)雜的酶促信號(hào)放大步驟依賴于精確和標(biāo)準(zhǔn)的操作，阻礙了其在低收入國(guó)家的應(yīng)用。新興的材料化學(xué)技術(shù)為解決未滿足的醫(yī)療需求提供了潛力。例如，引入量子點(diǎn)和基于金磁粒子的免疫探針可以提高檢測(cè)的靈敏度和特異性。此外，基于微流控的技術(shù)通過(guò)將多個(gè)ELISA儀器設(shè)計(jì)成一個(gè)小的微流控芯片，完美地解決了同步免疫測(cè)定的問(wèn)題。此外，智能手機(jī)及其快速發(fā)展的應(yīng)用程序也為STI即時(shí)檢驗(yàn)中的數(shù)據(jù)處理開(kāi)辟了更多可能性。

  文中地討論了納米材料平臺(tái)用于檢測(cè)細(xì)菌、非病毒和病毒性傳播感染的策略，例如用于電化學(xué)生物傳感的DNA探針偶聯(lián)的CdS納米顆粒、用于DNA視覺(jué)檢測(cè)的磁性納米顆粒、作為光學(xué)傳感器的抗體修飾的量子點(diǎn)、基于金納米顆粒的肉眼檢測(cè)試紙條等。此外，還提到了STI的新興的即時(shí)檢驗(yàn)思路，例如將復(fù)雜的檢測(cè)步驟和信號(hào)傳輸集成到單個(gè)便攜式設(shè)備中進(jìn)行快速檢測(cè)的微流控策略，以及具有用戶友好界面、低成本和快速計(jì)算特性的智能便攜式設(shè)備等。

三、結(jié)論與展望

  隨著先進(jìn)納米生物技術(shù)的蓬勃發(fā)展，未來(lái)對(duì)STI相關(guān)即時(shí)檢測(cè)的探索可以通過(guò)新興技術(shù)得到顯著改善和加速，例如特異性高靈敏度酶促報(bào)告基因解鎖（SHERLOCK）和基于納米粒子-蛋白質(zhì)電暈的蛋白質(zhì)組學(xué)（NanoProteomics）。SHERLOCK是一種基于成簇規(guī)則間隔短回文重復(fù)序列（CRISPR）的靈敏、廉價(jià)、快速的DNA或RNA檢測(cè)方法，在基因分型和病原體檢測(cè)方面具有巨大潛力�；赟HERLOCK的智能設(shè)備可用于與STI相關(guān)的即時(shí)檢驗(yàn)。此外，當(dāng)納米材料與生物體液，如血液（血清/血漿）、尿液、唾液等混合時(shí)，會(huì)立即形成納米顆粒-蛋白冠，而細(xì)菌或病毒的蛋白質(zhì)生物標(biāo)志物可以通過(guò)納米顆粒-蛋白冠進(jìn)行篩選和富集，并作為生物標(biāo)志物濃縮器顯著提高下游基于蛋白質(zhì)的STI即時(shí)檢測(cè)的靈敏度。

  盡管基于納米生物技術(shù)的STI檢測(cè)技術(shù)非常有前途，但它們?cè)趶膶?shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用仍存在許多挑戰(zhàn)。首先，應(yīng)考慮選擇合適的納米材料，以保證具有高選擇性和靈敏度的同時(shí)。其次，基于納米材料的檢測(cè)試劑的有效期限對(duì)其性能至關(guān)重要，所開(kāi)發(fā)的納米試劑應(yīng)在常規(guī)溫度下穩(wěn)定數(shù)月以上。最后，考慮到成本效益指標(biāo)在發(fā)展中國(guó)家的重要性，降低納米材料試劑所需的成本將成為產(chǎn)品轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵點(diǎn)。

  總而言之，盡管存在上述挑戰(zhàn)，新興納米生物技術(shù)的優(yōu)勢(shì)將為開(kāi)發(fā)符合“ASSURED”標(biāo)準(zhǔn)的STI即時(shí)檢測(cè)帶來(lái)新的希望。

  論文信息：Farokhzad N, Tao W*. Materials Chemistry-Enabled Platforms in Detecting Sexually Transmitted Infections: Progress towards Point-of-Care Tests. Trends in Chemistry (Cell Press) 2021, 3(7): 589-602.

  https://www.cell.com/trends/chemistry/fulltext/S2589-5974(21)00077-0 

通訊作者簡(jiǎn)介：

  陶偉，博士畢業(yè)于中國(guó)清華大學(xué)，現(xiàn)任美國(guó)哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院助理教授。研究方向主要是圍繞藥物載體和生物材料的研發(fā)及其廣泛的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用（如mRNA/siRNA等核酸遞送、腫瘤診斷治療、心血管疾病、創(chuàng)傷愈合及組織再生、感染或炎癥類疾病、糖尿病及其并發(fā)癥等的治療等）。陶博士團(tuán)隊(duì)研發(fā)的多種藥物遞送核心技術(shù)已獲系統(tǒng)性的專利、具有良好的產(chǎn)業(yè)化背景。

  近四年以第一作者以及通訊作者身份在Nature Reviews Materials, Nature Reviews Cardiology, Science Translational Medicine, Nature Biomedical Engineering, Matter (Cell Press), PNAS, Nature Communications, Science Advances, Trends in Chemistry (Cell Press), Chemical Society Reviews, Accounts of Chemical Research, Angewandte Chemie, Advanced Materials等期刊上發(fā)表論文50余篇，多數(shù)論文入選封面論文、Web of Science高被引論文或熱點(diǎn)論文。

  獲得美國(guó)METAvivor青年研究員獎(jiǎng)、美國(guó)心臟協(xié)會(huì)合作科學(xué)獎(jiǎng)、哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院/布萊根婦女醫(yī)院納米醫(yī)學(xué)研究中心基金、系基礎(chǔ)科學(xué)基金、Khoury Innovation Award、Stepping Strong Breakthrough Innovator Award、哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院助理教授啟動(dòng)基金（Start-up Package）等項(xiàng)目資助。獲評(píng)《麻省理工科技評(píng)論》中國(guó)35歲以下科技創(chuàng)新35人（TR35）、微軟學(xué)術(shù)全球Top 5 Trending Authors in Nanotechnology以及Top Authors in Nanomedicine、Elsevier/Mendeley Data全球前2%頂尖科學(xué)家榜單（2019年度科學(xué)影響力排行榜）、Chemical Society Reviews（IF= 54.564）期刊Emerging Investigator、Materials Horizons（IF= 13.266）期刊Top 10 Outstanding Reviewers等獎(jiǎng)項(xiàng)。同時(shí)，擔(dān)任Springer Nature & BMC旗下期刊Journal of Nanobiotechnology（IF= 10.435）副主編，Wiley旗下期刊Exploration副主編，Bioactive Materials（IF= 14.593）、Nano-Micro Letters（IF= 16.419）、Matter（Cell Press, IF= 15.589）等期刊Editorial/Advisory委員會(huì)成員，Bioactive Materials (IF= 14.593)、Acta Pharmaceutica Sinica B (IF= 11.413)等期刊客座編輯。

  課題組網(wǎng)頁(yè)：https://scholar.harvard.edu/wtao/openings

  （課題組長(zhǎng)期招聘聯(lián)合培養(yǎng)博士后、博士研究生，歡迎發(fā)信聯(lián)系、期待和大家一起進(jìn)步!）