近期，香港中文大學(xué)（深圳）醫(yī)學(xué)院劉國珍教授團隊在CRISPR/Cas生物傳感技術(shù)用于精準(zhǔn)醫(yī)療方向取得重要突破，相關(guān)研究成果——“Glass fiber-interfaced CRISPR/Cas biosensing for diverse biomarker detection"研究論文發(fā)表于國際期刊Cell子刊Trends in Biotechnology。

研究團隊成功開發(fā)出一款基于玻璃光纖界面的通用CRISPR/Cas檢測平臺（g-CURS），實現(xiàn)對低豐度多種待測物（核酸或蛋白質(zhì)等）的超高靈敏識別與便攜式快速定量檢測，賦能精準(zhǔn)醫(yī)療與床旁檢測（POCT）。該g-CURS體系是劉教授研究團隊繼2024年在Cell子刊Device上報道的CRISPR檢測平臺GUSCI體系的技術(shù)升級。g-CURS體系實現(xiàn)了在同一平臺、用同一試劑體系檢測多種靶標(biāo)核酸與靶標(biāo)蛋白質(zhì)，標(biāo)志著CRISPR檢測技術(shù)從“單指標(biāo)專屬探針"限制躍升為“一對通用試劑檢測多類靶標(biāo)"的標(biāo)準(zhǔn)化操作流程，大大降低研發(fā)與應(yīng)用成本，為CRISPR診斷技術(shù)的POCT化、規(guī)?；吧虡I(yè)化提供了新策略，可廣泛應(yīng)用于病原體靈敏檢測和傳染性疾病的快速篩查、癌癥及慢性病早期精準(zhǔn)診斷、指導(dǎo)疾病精準(zhǔn)用藥、新藥開發(fā)的藥效評估、醫(yī)美術(shù)后恢復(fù)監(jiān)測，及動物健康檢測等。

技術(shù)研究背景

在傳染性疾病監(jiān)測、慢性病管理和腫瘤早篩、及精準(zhǔn)醫(yī)療等醫(yī)學(xué)場景中，體液中核酸與蛋白質(zhì)等多種生物標(biāo)志物的高靈敏檢測至關(guān)重要。然而，當(dāng)前主流方法如qPCR、ELISA仍存在操作繁瑣、昂貴儀器依賴、樣本需求量大、檢測時間長、不適合資源貧乏場景等臨床應(yīng)用問題。

雖然CRISPR技術(shù)已逐步應(yīng)用于體外診斷，但傳統(tǒng)策略需針對每種靶點單獨設(shè)計crRNA和激活子，對于低豐度待測物檢測還高度依賴核酸預(yù)擴增程序，導(dǎo)致前期設(shè)計篩選優(yōu)化步驟復(fù)雜、檢測時間長、應(yīng)用效率低、通用性差。為此，劉教授研究團隊開發(fā)了一種無需預(yù)擴增的便攜式CRISPR/Cas快速檢測平臺：g-CURS，不僅解決了傳統(tǒng)檢測方法在臨床應(yīng)用的難題，還拓展了CRISPR/Cas生物傳感技術(shù)在精準(zhǔn)醫(yī)療的應(yīng)用，實現(xiàn)同一體系多種生物標(biāo)識物同時檢測。

g-CURS技術(shù)原理和亮點

g-CURS檢測平臺利用玻璃光纖作為載體，借助CRISPR/Cas12a指數(shù)信號放大技術(shù)，利用同一套crRNA和ssDNA激活子試劑系統(tǒng)即可檢測不同核酸和多種蛋白質(zhì)靶標(biāo)，無需針對不同靶標(biāo)個性化設(shè)計相應(yīng)CRISPR RNA和對應(yīng)的靶標(biāo)位點篩選；其中檢測平臺內(nèi)的芯片通道結(jié)構(gòu)是由摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)（nanoArch^® S140，精度：10μm）制備模具后經(jīng)PDMS翻模而成；核酸識別環(huán)節(jié)采用T4 DNA連接酶，精準(zhǔn)鑒別單堿基差異。無需預(yù)擴增，CRISPR/Cas利用AutoCAR級聯(lián)放大原理和CONAN反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)信號指數(shù)放大循環(huán)，實現(xiàn)30分鐘內(nèi)快速等溫放大；在玻璃光纖表面構(gòu)建捕獲抗體與標(biāo)記有ssDNA的檢測抗體的“免疫夾心結(jié)構(gòu)"，實現(xiàn)蛋白質(zhì)信號轉(zhuǎn)換和放大；采用自制便攜式熒光儀讀取待測物信號，內(nèi)置高分辨率定焦鏡頭和無線模塊，搭配終端用戶手機App實現(xiàn)結(jié)果可視化與智能診斷，支持非專業(yè)人員獨立操作，滿足POCT應(yīng)用場景需求。

臨床應(yīng)用性能評估

g-CURS具備高效準(zhǔn)確的臨床檢測性能，高特異識別SARS-CoV-2 Delta突變體cDNA和HPV16 E7基因片段，檢測時間約為30分鐘；可精準(zhǔn)識別6個堿基以內(nèi)的突變差異，具備單堿基錯配分辨能力，在HPV16臨床樣本中，檢測結(jié)果與qPCR一致。應(yīng)用于帕金森癥患者血清樣本，g-CURS能實現(xiàn)高靈敏檢測腦源外泌體膜內(nèi)低豐度炎癥蛋白（IL-6、TNF-α、IFN-γ等），支持低樣本量的多指標(biāo)共檢。與商用ELISA試劑盒相比，檢測靈敏度提高了2-3個數(shù)量級，檢測時間縮短了80%, 所需樣本體積極大減少（僅需5μL），檢測成本降低了90%，實現(xiàn)了便攜式CRISPR/Cas體外診斷技術(shù)多物質(zhì)同時檢測。這一突破性CRISPR/Cas檢測平臺有望推動精準(zhǔn)醫(yī)療從實驗室走向社區(qū)，為疾病早期診斷和動態(tài)監(jiān)測提供更便捷、更經(jīng)濟的解決方案。

本論文作者為香港中文大學(xué)（深圳）醫(yī)學(xué)院生物科學(xué)專業(yè)博士研究生余湉，論文通訊作者為香港中文大學(xué)（深圳）醫(yī)學(xué)院劉國珍教授。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金企業(yè)聯(lián)合基金、廣東省“珠江人才計劃"、深圳灣實驗室開放基金、港中深-博雅生命聯(lián)合實驗室基金以及大學(xué)發(fā)展基金等的資助。