膀胱癌是全球第十大常见癌症，每年新增约57.3万例确诊病例，死亡约21.3万例。因其复发率高达50%以上，且患者需接受频繁的膀胱镜随访监测，膀胱癌在所有癌症中的人均终身治疗费用最高。约75%的病例为非肌层浸润性膀胱癌，其金标准诊断依赖膀胱镜下可疑病变的手术活检。基于尿液的生物标志物检测(如核基质蛋白22 (NMP-22)和膀胱肿瘤抗原(BTA)虽可用于无创筛查，但面临显著挑战：尿液在膀胱中储存数小时后排出，目标生物标志物被大量稀释和降解，导致检测灵敏度和特异性不足。近年来纳米技术虽被探索用于膀胱癌诊断，但大多仍依赖提取后尿液样本分析，未能从根本上解决稀释和降解问题。因此，开发能够克服这些瓶颈的新型检测策略，具有明确的临床意义。

近日，麻省理工学院Strano教授团队在《Nature Nanotechnology》上发表了题为“Chemical efflux imaging using an annular nanosensor array for in situ bladder cancer detection”的研究论文。该研究开发了一种基于近红外荧光单壁碳纳米管的环形纳米传感器阵列，并将其集成于标准医用导管表面，结合旋转球透镜光学扫描系统，在标志物释放源头附近实现了空间分辨的化学信号读取。研究旨在通过将纳米传感器直接置于病灶附近，避免尿液稀释和标志物降解对检测灵敏度的不利影响，从根本上突破传统尿检的瓶颈。

研究团队首先设计并筛选了基于PIMA骨架的合成共聚物库，构建了对膀胱癌关键标志物NMP-22具有选择性响应的DSPE5k纳米传感器。该传感器对NMP-22的检测限达34.04 nM，在20%人尿液中仍保持稳定响应，对NMP-22的响应特异性显著优于其他尿液蛋白。通过siRNA敲低实验证实，NMP-22是驱动传感器荧光淬灭的主要靶标。在此基础上，研究利用多酚化合物将纳米传感器均匀涂覆于医用导管外表面，涂层厚度约0.4 µm，拉曼光谱确认了碳纳米管的稳定固载。该传感器导管在pH 5–7.5范围、20 mL/min流速及人工尿液条件下均保持稳定荧光信号，且经紫外或高温高压灭菌后仍具备检测活性，表明该传感器具备直接用于尿液样本体外检测的分子识别潜力。研究进一步搭建了集成旋转球透镜的光学扫描装置，插入导管内部实现对纳米传感器环形阵列的360°三维信号读取。利用该装置，团队在体外模型中成功区分了吉西他滨诱导凋亡的膀胱癌细胞与健康成纤维细胞，并通过空间分辨成像实现了对模拟肿瘤(小至16 mm2)的检测，检测范围达2 cm。在离体猪膀胱模型中，传感器导管成功定位了局部释放的NMP-22和肿瘤细胞裂解液，局部信号增强达182倍，并展现出良好的批次间重现性和稳定性。

该研究通过在病灶附近直接捕获化学信号，有效规避了尿液中标志物稀释和降解的问题，将检测灵敏度提升近两个数量级，为膀胱癌的无创、实时、空间分辨诊断提供了全新的技术范式。此外，该平台具有高度可编程性(研究同时展示了基于(GT)15的H2O2传感器)，表明通过更换纳米传感器的识别配体，该方法学框架可扩展至多种疾病标志物的体外检测体系。这些发现对推动高灵敏度尿液标志物检测技术的发展，以及设计下一代POCT设备均具有重要的参考价值。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41565-026-02172-7

注： 此研究成果摘自《Nature Nanotechnology》杂志，文章内容并不代表本网站的观点和立场，仅供参考。