近日，现代工学院宋玉君教授课题组开发了一种可用于癌症无创监测的"超级纳米粒子"微流控传感器。开发肿瘤的液体活检技术对于肿瘤的诊断具有非常重要的意义，但由于缺乏预测特异性和有效的生物标志物一直限制着癌症液体活检的应用。设计外源性试剂用于在病变组织中进行特异性检测比寻找内源生物标志物更具前景。以荧光探针为例，这类探针通常是外源试剂，可以反复进行设计优化并在体外进行试验，同时这类试剂的浓度可以达到很高以减弱生物学背景信号的干扰。然而，目前这类检测方法的局限性在于需要昂贵且耗时的大型仪器，以及作为试剂的有机分子通常要求特定的介质和复杂的合成程序。

图1 乏氧响应性PNCAH生物传感器用于肿瘤尿液检测的示意图
超小的铂纳米簇（PtNCs）作为一种优异的外源性试剂由于其出色的酶模拟活性以及其超小的尺寸效应受到了广泛的关注。基于此，宋玉君课题组构建了一种基于铂超纳米粒子乏氧响应性的纳米传感器用于肿瘤的尿液微流控监测，该纳米传感器能够在肿瘤微环境中典型乏氧特征下响应并解离释放出许多超小的PtNCs作为外源性标志物代谢到尿液中，从而进行疾病状态的监测。超小的PtNCs用乏氧敏感的偶氮苯键组装成一个大的铂超纳米粒子以实现肿瘤部位的乏氧响应。由于这些释放的PtNCs的粒径小于肾脏可清除的临界值（～5.5 nm），因此可以经由肾脏代谢到尿液中，通过对尿液中的PtNCs的浓度进行芯片检测，可以进行疾病状态的读出。这种肿瘤微环境响应的纳米传感器一方面克服了内源性生物标志物不足的缺陷，能够提高肿瘤检测的灵敏度，另一方面通过芯片进行疾病状态的检测，是一种简单通用的检测手段，成本低廉，可以大大降低检测的繁琐程序和成本。

图2 PNCAH纳米传感器用于三阴性乳腺癌的检测
在三阴性乳腺癌以及肺转移癌模型中，该纳米传感器中的偶氮基团，能够被过度表达的还原酶破坏，从而导致超小PtNCs的按需释放以及随后的肾脏清除，可以对三阴性乳腺癌以及肺转移癌小鼠模型进行简单灵敏有效的检测。此外，文中还验证了该纳米传感器对不同大小肿瘤的区分效果，由于肿瘤大小不同，乏氧响应效果也不同，导致了该纳米传感器有效的按需释放。并进一步在三阴性乳腺癌以及肺转移癌小鼠模型治疗过程中，验证了该纳米传感器可以在治疗过程中对肿瘤的状态进行有效的监测，这对于筛查肿瘤复发以及药理学和随访疗效的个体化评估具有重要意义。

图3 PNCAH纳米传感器用于肺转移癌的检测以及药物治疗进程的监测
总之，该研究工作报道了一种乏氧特异性响应的铂超纳米粒子传感器，该纳米传感器能够在肿瘤部位响应释放出超小的PtNCs，经由肾脏代谢到尿液中实现肿瘤状态的简单灵敏有效的监测。该方法有效地克服了内源性生物标志物不足的缺陷，且检测工具成本低廉可广泛获得，具有广阔的临床应用前景。
相关成果以"Hypoxia-Responsive Platinum Supernanoparticles for Urinary Microfluidic Monitoring of Tumors"为题发表在Angew. Chem上，并入选为Hot Paper（Angew. Chem. Int. Ed,2022,e202114239）。南京大学现代工程与应用科学学院的宋玉君教授为该研究工作的通讯作者，19级硕士生徐琴为本论文的第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金，江苏省自然科学基金等项目的资助。