近日，億納譜聯(lián)合上海交通大學(xué)、上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬胸科醫(yī)院、華東師范大學(xué)在Nature Sustainability（IF=27.6）上發(fā)表了題為“A sustainable approach to universal metabolic cancer diagnosis”的研究論文。該研究報告了一種準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境及用戶友好的診斷工具，旨在解決全球超過十億人面臨的錯過疾病診斷高發(fā)的問題。該方法結(jié)合了干血清斑技術(shù)（DSS，dried serum spot）和納米顆粒增強(qiáng)激光解吸電離質(zhì)譜（NPELDI MS），可以在幾分鐘內(nèi)以可負(fù)擔(dān)的成本診斷多種癌癥，包括胰腺癌、胃癌和結(jié)直腸癌，同時具有環(huán)境友好、與血清等效的精度和用戶友好的優(yōu)勢，有助于滿足人們對易獲取診斷工具的需求，特別是在偏遠(yuǎn)地區(qū)。

在全球范圍內(nèi)，錯過疾病診斷的現(xiàn)象已經(jīng)成為一個嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，影響著超過十億人的健康。這一問題的根源在于現(xiàn)有的診斷工具在準(zhǔn)確性和價格上存在著不足，尤其是在對環(huán)境脆弱和能源有限的地區(qū)，更加凸顯了這一挑戰(zhàn)。在這些地區(qū)，人們往往面臨診斷手段不足、成本高昂和資源緊缺等問題，因此急需開發(fā)出能夠在有限資源條件下最大程度提高健康收益的解決方案。

與在專門設(shè)施進(jìn)行的體內(nèi)診斷不同，體外診斷，特別是使用血清的診斷，可通過初級保健機(jī)構(gòu)的中心實驗室綜合網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。值得注意的是，血清檢測所需的大容量樣本載體（通常為2毫升真空采血管）、必要的儲存條件（-80°C或-20°C）和冷鏈運輸既昂貴又費力，限制了在中低收入國家擴(kuò)大血清學(xué)診斷的范圍和可持續(xù)性。為了解決這個問題，近年來出現(xiàn)了干血斑技術(shù)（DBS，dried blood spot），它使用可運輸?shù)牡孜镌趨^(qū)域或中央實驗室進(jìn)行集中檢測，其樣本裝載方便，易于采樣且存儲簡單。

目前，利用干血斑進(jìn)行的體外診斷已在代謝研究中取得了大規(guī)模成功，可用于篩查新生兒的先天代謝紊亂。然而，體外癌癥診斷主要依靠血液檢測蛋白質(zhì)、miRNA、循環(huán)腫瘤細(xì)胞或細(xì)胞外囊泡，這些成分在血斑的干燥過程中容易失活和降解。此外，干血斑中的少量血液（通常<50 µl）遠(yuǎn)不足以檢測上述癌癥標(biāo)志物。

相比之下，大多數(shù)代謝物在干血斑上保持穩(wěn)定，可獲得的代謝診斷可幫助衛(wèi)生系統(tǒng)識別癌癥代謝異常的個體。因此，使用干血斑檢測癌癥誘導(dǎo)的代謝變化對于分級醫(yī)療的可持續(xù)性非常重要，特別是在欠發(fā)達(dá)地區(qū)?；诟裳叩拇x診斷在臨床實驗室的可持續(xù)性面臨分析工具的魯棒性方面的挑戰(zhàn)。質(zhì)譜（MS）是使用干血斑進(jìn)行代謝診斷的主流工具，僅消耗微升級血液。然而，由于臨床樣本的混合物成分復(fù)雜，代謝物豐度低，普遍需要在質(zhì)譜前進(jìn)行繁瑣的色譜分離。除了與質(zhì)譜的耦合色譜，有機(jī)基質(zhì)在激光解吸電離（LDI）質(zhì)譜代謝分析中至關(guān)重要，但利用有機(jī)基質(zhì)進(jìn)行代謝分析存在靈敏度、選擇性和重復(fù)性不理想的限制。因此，迫切需要定制無機(jī)納米顆粒（NP）作為代謝診斷的基質(zhì)。特別是納米顆粒增強(qiáng)的激光解吸電離質(zhì)譜（NPELDI MS）應(yīng)用于體外代謝診斷，使用無機(jī)納米顆粒作為色譜替代品，選擇性富集代謝物，并產(chǎn)生具有增強(qiáng)靈敏度的可重復(fù)數(shù)據(jù)。但NPELDI MS對干血斑分析的適應(yīng)性尚未得到驗證。此外，這一應(yīng)用還存在著缺乏用于診斷的標(biāo)準(zhǔn)化操作程序的限制。

在這項研究中，研究團(tuán)隊開發(fā)了一種基于代謝物檢測的癌癥診斷方法，將干血清斑（DSS）與納米顆粒增強(qiáng)的激光解吸電離質(zhì)譜（NPELDI MS）相結(jié)合，構(gòu)建了一種完整的方法，具有從采樣、運輸、檢測到診斷的標(biāo)準(zhǔn)化流程。該方法結(jié)合了基于代謝信息的個體化治療的高效率和低經(jīng)濟(jì)成本，有望在欠發(fā)達(dá)地區(qū)推廣使用，提高癌癥患者的生存率。

納米顆粒增強(qiáng)的LDI MS平臺

首先，研究者成功構(gòu)建了一個NPELDI MS平臺，通過在不銹鋼靶板上分布鐵系納米顆粒，構(gòu)建了一個能夠并行檢測多個樣品的微陣列。相較于使用傳統(tǒng)的有機(jī)基質(zhì)，鐵系納米顆粒展示出更高的檢測靈敏度。

圖1. NPELDI MS 平臺

與傳統(tǒng)的生化檢測方法相比，NPELDI MS具有更高的靈敏度和選擇性，且實驗時間更短。此外，NPELDI MS數(shù)據(jù)的可重復(fù)性較高，且與血清樣本的代謝物水平具有很好的相關(guān)性，并且DSS提取的代謝物可以用于疾病診斷中的分類任務(wù)。

圖2. 可行性分析

利用DSS進(jìn)行代謝物檢測和分析的實際應(yīng)用性

DSS樣本在各種儲存條件下都能保持代謝物的穩(wěn)定性，在同一DSS中不同取樣位置的代謝物檢測結(jié)果基本一致。與之相比，使用相同方法制備的DBS在不同取樣位置之間存在明顯的變化。DSS的穩(wěn)定性和可靠性較高，可以替代血清或DBS用于代謝物的定量分析和未定向代謝物檢測。

圖3. 適用于實際案例

利用NPELDI MS進(jìn)行癌癥診斷

 通過分析180個DSS樣本，證實了這種方法對癌癥和健康人群的區(qū)分能力，可以在幾分鐘內(nèi)診斷多種癌癥，包括胰腺癌、胃癌和結(jié)直腸癌。建立的化學(xué)模型在訓(xùn)練集和測試集中顯示出良好的性能，并在外部驗證集中得到進(jìn)一步驗證。進(jìn)一步評估表明，在欠發(fā)達(dá)地區(qū)實施這一工具，通過與人口癌癥篩查計劃合作，可以將結(jié)直腸癌、胃癌和胰腺癌的未診斷病例比例從84.30%、77.57%和34.56%分別降低到降低到29.20%、57.22%和9.30%，總體降低幅度為20.35%-55.10%。此外，研究還發(fā)現(xiàn)DSS樣本中保存了重要的疾病生物標(biāo)志物，使得癌癥診斷更加便捷可行。

圖4. 通過癌癥診斷驗證

使用DSS進(jìn)行癌癥診斷的可持續(xù)性和經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢

首先，DSS中的獨特底物避免了昂貴的冷鏈運輸，減少了存儲空間，降低了運輸和存儲成本，并將生物庫的樣本容量提高了10倍。其次，NPELDI MS平臺本身具有成本效益，每套試劑盒中最重要的試劑——來自單次合成的鐵系納米顆粒成本為2.15美元，足以進(jìn)行40萬次質(zhì)譜測試。此外，使用DSS進(jìn)行診斷有助于生態(tài)脆弱和能源有限地區(qū)實現(xiàn)可持續(xù)的診斷解決方案，降低了資源消耗和碳排放，促進(jìn)了低碳和氣候積極的醫(yī)療。同時，DSS的制備過程可以被視為一種滅活過程，減少了感染風(fēng)險，具有較低的生物安全隱患。最后，DSS衍生的模型在癌癥診斷方面的性能優(yōu)于臨床上批準(zhǔn)的生物標(biāo)志物，具有與血清等價的準(zhǔn)確性。

圖5. 經(jīng)濟(jì)評估

總之，該論文提供了使用基于DSS結(jié)合NPELDI MS進(jìn)行可持續(xù)代謝診斷的方法。作者提出了一個標(biāo)準(zhǔn)化的工作流程，該方法實用且能夠在資源有限的臨床環(huán)境中實現(xiàn)高水平的診斷準(zhǔn)確性，即使是由當(dāng)?shù)氐男l(wèi)生工作者進(jìn)行。