上海交大/华师大合作Nature Sustainability：癌症诊断方法新突破！几分钟内，诊断多种癌症！

在全球范围内，错过疾病诊断的现象已经成为一个严重的挑战，影响着超过十亿人的健康。这一问题的根源在于现有的诊断工具在准确性和价格上存在着不足，尤其是在对环境脆弱和能源有限的地区，更加凸显了这一挑战。在这些地区，人们往往面临诊断手段不足、成本高昂和资源紧缺等问题，因此急需开发出能够在有限资源条件下最大程度提高健康收益的解决方案。

代谢诊断作为一种诊断方法具有巨大的潜力，但在实际应用中也面临着一些挑战。传统的代谢诊断方法往往依赖于生物样本的可用性，并且受限于分析工具的稳健性。因此，寻找一种既能够应对这些挑战，又能够提高诊断准确性、降低成本并且适应环境限制的新型诊断方法显得尤为重要。

2024年4月22日，上海交通大学钱昆教授、上海交通大学医学院附属胸科医院黄琳、王佳谊和华东师范大学万晶晶博士在Nature Sustainability发表了一篇名为：A sustainable approach to universal metabolic cancer diagnosis的论文。该论文共同第一作者是上海交通大学医学院附属胸科医院的Ruimin Wang, Shouzhi Yang。

该论文描述了一种新型诊断方法，旨在解决全球超过十亿人面临的错过疾病诊断高发率的问题。该方法结合了干血清点技术（DSS）和纳米颗粒增强激光解吸/电离质谱（NPELDI MS），可以在几分钟内以可负担的成本诊断多种癌症，同时具有环境友好、与血清等效的精度和用户友好的协议。

传统的血液诊断测试需要大量的血液样本和复杂的储存条件，这在贫困地区往往不现实。为了解决这个问题，近年来出现了干血点技术（DBS），它可以使用更小的血液样本，并且更容易存储和运输。但是，目前的干血点技术在癌症诊断方面仍存在挑战，因为癌症诊断通常需要检测蛋白质、微RNA等，而这些在干血点中易于失活或降解。

为了克服这些问题，研究人员提出了一种新方法，将干血清点技术（DSS）与纳米颗粒增强的质谱技术结合起来。这种方法可以更准确地检测代谢物，从而帮助医生更早地发现患者的癌症。这种方法不仅有效，而且成本较低，有望在发展中国家推广使用，提高癌症患者的生存率。

纳米颗粒增强的LDI MS平台

LDI MS平台是一种激光解吸/电离质谱（Laser Desorption/Ionization Mass Spectrometry）技术的平台。它利用激光将样品中的分子从固体或液体表面解吸和电离，生成离子，并通过质谱仪进行质谱分析。这种技术常用于分析生物分子、药物、化学物质等样品，具有高灵敏度和快速分析的优点，被广泛应用于生物医学、化学分析等领域。

针对诊断需要，研究人员对LDI MS平台进行了改进和优化的过程。他们首先尝试使用传统的有机基质，但结果显示这些标准平台无法达到理想的检测效果。接着，他们尝试了使用无机纳米颗粒作为替代，以提高检测性能。通过在不锈钢靶板上分布铁系纳米颗粒，他们成功构建了一个能够并行检测多个样品的微阵列。该平台成功升级为nanoparticle-enhanced LDI MS (NPELDI MS)平台，其中铁系纳米颗粒具有更高的检测灵敏度。

图1：NPELDI MS 平台。

与传统的生化检测方法相比，NPELDI MS具有更高的灵敏度和选择性，且实验时间更短。此外，NPELDI MS数据的可重复性较高，且与血清样本的代谢物水平具有很好的相关性，并且DSS提取的代谢物可以用于疾病诊断中的分类任务。

图2：可行性分析。

利用DSS进行代谢物检测和分析的实际应用性

DSS样本在各种储存条件下都能保持代谢物的稳定性，在同一DSS中不同取样位置的代谢物检测结果基本一致。与之相比，使用相同方法制备的干血点（DBS）在不同取样位置之间存在明显的变化。DSS的稳定性和可靠性较高，可以替代血清或DBS用于代谢物的定量分析和未定向代谢物检测。

图3：适用于实际案例。

利用NPELDI MS进行癌症诊断

通过分析180个DSS样本，证实了这种方法对癌症和健康人群的区分能力。建立的化学模型在训练集和测试集中显示出良好的性能，并在外部验证集中得到进一步验证。此外，研究还发现DSS样本中保存了重要的疾病生物标志物，使得癌症诊断更加便捷可行。

图4：通过癌症诊断验证。

使用DSS进行癌症诊断的可持续性和经济性优势

首先，DSS中的独特底物避免了昂贵的冷链运输，减少了存储空间，降低了运输和存储成本，并将生物库的样本容量提高了10倍。其次，NPELDI MS平台本身具有成本效益，每套试剂盒中最重要的试剂——来自单次合成的铁系纳米颗粒成本为2.15美元，足以进行40万次质谱测试。

此外，使用DSS进行诊断有助于生态脆弱和能源有限地区实现可持续的诊断解决方案，降低了资源消耗和碳排放，促进了低碳和气候积极的医疗。同时，DSS的制备过程可以被视为一种灭活过程，减少了感染风险，具有较低的生物安全隐患。最后，DSS衍生的模型在癌症诊断方面的性能优于临床上批准的生物标志物，具有与血清等价的准确性。

图5：经济评估。

总之，该论文提供了使用基于DSS结合NPELDI MS进行可持续代谢诊断的方法。作者提出了一个标准化的工作流程，该方法实用且能够在资源有限的临床环境中实现高水平的诊断准确性，即使是由当地的卫生工作者进行。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41893-024-01323-9