电化学生物传感器检测外泌体的研究进展

外泌体(exosome)是由细胞内多泡小体通过细胞质膜融合向细胞外环境释放并进入循环系统的直径在30~150nm之间的具有脂质双分子层的膜性囊泡。最新研究证明，外泌体与肿瘤的发生、发展、转移以及免疫应答具有相关性，是一类具有广泛应用前景的新型生物标志物。近年来，恶性肿瘤的发病率逐年上升，已成为全球性的公共健康挑战。

在中国，过去五年癌症新增和死亡病例均居世界首位，肿瘤的防治形势极其严峻，研究新的肿瘤防治手段迫在眉睫。用于外泌体活性分析的电化学生物传感器具有信号读出速度快、传感元件价格低廉、超高检测灵敏度等优点。在汉斯出版社《世界肿瘤研究》期刊中，有学者要对电化学生物传感器检测外泌体进行概括性描述。

虽然最近在外泌体领域的研究已受到广泛关注，但是仍然缺乏有效的定量方法用于外泌体检测。近年来，为了实现高效灵敏的外泌体检测，即时检测(POCT)，尤其是生物传感，已引起全球科学家和技术人员的高度关注。我们将回顾从靶标选择，生物识别策略和信号转换相关的外泌体检测生物传感(主要是电化学传感器)的最新研究进展。

外泌体膜结构主要由①脂质双分子层、②四次跨膜蛋白、③伴侣蛋白和④膜锚定蛋白等组成。因此，利用其表面组成的差异可以简单和快速鉴定外泌体。外泌体表面上的四次跨膜蛋白或脂筏通常用作总外泌体检测的靶标。而肿瘤相关抗原在肿瘤来源的外泌体表面上高度富集也成为检测肿瘤源性外泌体的主要靶标。

生物识别元件的选择完全取决于识别元件和靶标之间的结合亲和力和效率。最经典的膜蛋白识别元件是抗原–抗体相互作用的“锁和钥匙”模型。与抗体相比，核酸适体具有更稳定的化学性质、免疫原性低和易被各种基团灵活修饰等优点，被广泛应用于生物传感技术中靶标识别。此外，在蛋白质进化策略的帮助下，肽链也被用作特异性识别元件，其在结合亲和力，可扩展性，和成本效率方面提供良好的性能。外泌体膜的特殊结构也提供了鉴定识别的机会。脂质是一种新的生物识别靶标，具有优异的效率，不受外泌体表面蛋白质含量的影响，并已用于许多生物传感器的开发。

信号转换器作为生物传感器的重要组成部分，它的作用是将生物识别元件获取的生物化学信息转换成容易进行测量的光信号或电信号。基于电化学的生物传感因其信号读出速度快、传感元件价格低廉、超高检测灵敏度等优点得到了广泛的发展。电化学生物传感器可以将生物分子的识别转换为电信号，包括电流，电势和阻抗。

用于外泌体检测的常规电化学生物传感器主要使用玻碳电极和金电极。有学者使用玻碳电极作为基底，CdSe量子点作为电化学信号标签。通过包被有CD9或CD63抗体的磁珠来捕获来自乳腺癌、结肠癌细胞系和血清样品的外泌体，CdSeQDs功能化的肿瘤特异性抗体用于识别外泌体形成双抗夹心免疫复合物。最后，CdSeQD溶解在HNO3中，Cd2+阳极溶出伏安定量的峰值电流与肿瘤特异性外泌体的数量相关。这种方法实现了100个exosome/μl的高灵敏检测，对于量化临床样本中的肿瘤特异性外泌体具有一定的应用前景。

电化学传感具有极其灵敏的生物分子检测特性，因为在肿瘤早期阶段，外泌体及其相关标记物的浓度非常低，因此可以非常有效地进行检测。此外，电化学方法操作简单，所需的设备小和便携，这对POCT检测特别有用。