結直腸癌（CRC）是全球癌癥相關死亡的第二大原因，早期檢測對于制定治療策略和提高患者生存率至關重要。然而，目前常用的結腸鏡檢查和活檢方法具有侵入性，伴隨穿孔、出血等風險，并且在癌癥早期階段靈敏度不足。相比之下，分子水平的變化（如生物分子異常表達）比生理結構變化更早發生，為癌癥早期檢測提供了候選生物標志物。近年來，微小RNA（miRNA）因其在基因表達調控和免疫介導紊亂中的重要作用而備受關注。特別是miRNA-21，作為一種在CRC中過表達的生物標志物，通過調控PTEN/PI3K/Akt信號通路影響腫瘤的生物學行為。因此，實時、靈敏且準確地檢測體內低豐度miRNA對于早期CRC診斷具有重要意義。
針對以上難題，研究團隊提出了一種基于第二近紅外長波窗口（NIR-II-L，1500-1900 nm）的放大感應策略，用于早期CRC的非侵入性診斷。該策略結合了DNAzyme觸發的信號放大技術和稀土染料雜化系統，以實現對miRNA-21的高靈敏度檢測。miRNA-21作為一種在CRC中過表達的生物標志物，通過調控PTEN/PI3K/Akt信號通路影響腫瘤的生物學行為。本研究開發的CRCsensor利用miRNA-21激活DNAzyme，切割并釋放IR820染料，從而放大NIR-II-L信號。這種信號放大技術顯著提高了對低豐度miRNA的檢測靈敏度，檢測限達到1.26 pM。通過非侵入性直腸給藥，CRCsensor能夠有效覆蓋結直腸區域，并在化學誘導的CRC小鼠模型中提前檢測到miRNA-21的過表達，為早期CRC的非侵入性診斷和長期監測提供了新的可能性。該策略不僅提高了檢測的靈敏度和特異性，還確保了高生物安全性，為未來CRC的早期篩查和監測提供了有力工具。
圖1. （A）NIR-II-L CRCsensor的組成以及（B）在原位CRC小鼠模型中的檢測miRNA-21傳感機制。
不僅如此，該研究為早期CRC的非侵入性診斷和長期監測提供了新的可能性。未來的研究可以進一步優化CRCsensor的性能，提高其在復雜生物環境中的穩定性和靈敏度。此外，該策略有望擴展到其他癌癥相關生物標志物的檢測，為多種癌癥的早期篩查和監測提供有力工具。隨著技術的不斷進步，這種非侵入性、高靈敏度的檢測方法有望在臨床應用中得到推廣，從而提高患者的生存率和生活質量。
圖2.（A）不同階段癌變小鼠的NIR-II-L比率發光成像示意圖。
（B，C）不同時間點CRC小鼠的代表性體內NIR-II-L發光和比率圖像以及相應的信號強度和比率值。
比例尺：1.0 cm。（D，E）CRC小鼠的代表性體外NIR-II-L發光和比率圖像以及相應的信號強度和比率值。
比例尺：1.0 cm。F) 結直腸可疑病變的H&E和IHC分析結果。
比例尺：200 µm（H&E，IHC）和5 mm（明場）。（G）癌癥檢測方法的比較。
BF：明場。
團隊基于CRCsensor良好的CRC監測性能，通過化學誘導策略建立了結直腸癌變小鼠模型，使用CRCsensor對不同階段的miRNA-21進行非侵入性檢測。結果顯示，miRNA-21的表達在癌變早期顯著升高，CRCsensor能夠在第3周檢測到高風險癌變病變，比傳統的組織學分析方法更早。這表明CRCsensor可實現結直腸癌變的早期、非侵入性診斷，并為長期監測潛在癌變提供可能。
參考文獻：
Fuheng Zhai, Baofeng Yun, Jiang Ming, Tianyu Yu, Benhao Li*, Xiao Liu, Xusheng Wang, Zi-Han Chen, Changfeng Song, Mengyao Zhao, Wenlin Li, Zhebin Liu, Aibin Liang*, Jiyu Li*, Fan Zhang*, Non-Invasive Diagnosis of Early Colorectal Cancerization via Amplified Sensing of MicroRNA-21 in NIR-II Window, Adv. Mater. 2025, 2501378, DOI: 10.1002/adma.202501378
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