性傳播感染（sexually Transmitted Infections, STI）已引起嚴重的全球衛生問題，特別是對于衛生保健條件有限的偏遠國家的婦女和兒童。快速的即時檢測技術對于STI的早期診斷以及緩解和治療這些疾病造成的健康問題至關重要。
近期，哈佛大學醫學院陶偉教授團隊受邀從納米材料角度總結了STI即時檢測的最新進展，其中重點介紹了從病毒基因分型檢測到抗原檢測、從病毒傳感器到光學和聲學傳感器的應用，以及設想了納米生物技術在STI中快速、智能的即時診斷應用。該成果以 “Materials chemistry-enabled platforms in detecting sexually transmitted infections: progress towards point-of-care tests”為題，在Cell Press旗下化學領域綜述類期刊Trends in Chemistry（IF = 24.081）的7月份issue上在線發表。
一 、STI檢測背景介紹
性傳播感染主要通過無保護的性接觸或其他非性活動（例如血液、血液制品和母嬰傳播）傳播，全球新增病例超過3.57億。由于許多患者沒有外觀表現癥狀，可能在不知不覺中保持慢性感染，導致性傳播感染進一步傳播給他人。此外，報告的性傳播感染病例顯著增加，其中90%發生在發展中國家。
早期準確篩查性傳播感染不僅可以為患者提供及時有效的治療，還可以限制感染的傳播。迄今為止，雖然在高收入國家已經應用了即時的性傳播感染檢測，例如RT-PCR設備（標準核酸擴增），但對于資源有限的偏遠國家，世界衛生組織推薦了“ASSURED”管理方法（英文單詞Affordable便宜、Sensitive靈敏、Specific特異、User-friendly易使用、Rapid/Robust快速/穩定、Equipment-free無儀器和Deliverable易儲運的第一個字母組成）。
作為一種靈敏、特異、無需設備、快速、用戶友好和低成本的檢測形式，快速即時檢測可避免過度治療，同時也能準確指導抗生素的使用，實現高效治療。因此，更方便且更便宜的即時檢測有望成為STI的“ASSURED”的重要組成部分。此外，世衛組織已將開發負擔得起的STI即時檢測列為首要任務。在過去的幾十年中，在生物醫學領域具有巨大潛力的新興納米技術極大地影響了STI即時檢測的方式和方法。本文介紹了STI即時檢測的最新進展（圖 1），以及對基于納米生物技術的STI檢測策略從實驗室轉化為實際應用的未來前景和挑戰提出了展望。
圖1. STI的種類及其基于“ASSURED”標準的納米材料化學診斷平臺
二、STI即時檢測的進展
基于病原體的核酸檢測一直是當前STI檢測技術的基石，例如便攜式水凝膠逆轉錄聚合酶鏈反應方法、快速靜電核酸富集和檢測、可視化核酸微陣列、基于金納米顆粒的核酸檢測方法、直接比色診斷、電化學核酸雜交生物傳感器等。作為STI檢測的另一個基石，基于蛋白質生物標志物的酶聯免疫吸附測定（ELISA）已被廣泛應用。然而，其復雜的酶促信號放大步驟依賴于精確和標準的操作，阻礙了其在低收入國家的應用。新興的材料化學技術為解決未滿足的醫療需求提供了潛力。例如，引入量子點和基于金磁粒子的免疫探針可以提高檢測的靈敏度和特異性。此外，基于微流控的技術通過將多個ELISA儀器設計成一個小的微流控芯片，完美地解決了同步免疫測定的問題。此外，智能手機及其快速發展的應用程序也為STI即時檢驗中的數據處理開辟了更多可能性。
文中地討論了納米材料平臺用于檢測細菌、非病毒和病毒性傳播感染的策略，例如用于電化學生物傳感的DNA探針偶聯的CdS納米顆粒、用于DNA視覺檢測的磁性納米顆粒、作為光學傳感器的抗體修飾的量子點、基于金納米顆粒的肉眼檢測試紙條等。此外，還提到了STI的新興的即時檢驗思路，例如將復雜的檢測步驟和信號傳輸集成到單個便攜式設備中進行快速檢測的微流控策略，以及具有用戶友好界面、低成本和快速計算特性的智能便攜式設備等。
三、結論與展望
隨著先進納米生物技術的蓬勃發展，未來對STI相關即時檢測的探索可以通過新興技術得到顯著改善和加速，例如特異性高靈敏度酶促報告基因解鎖（SHERLOCK）和基于納米粒子-蛋白質電暈的蛋白質組學（NanoProteomics）。SHERLOCK是一種基于成簇規則間隔短回文重復序列（CRISPR）的靈敏、廉價、快速的DNA或RNA檢測方法，在基因分型和病原體檢測方面具有巨大潛力。基于SHERLOCK的智能設備可用于與STI相關的即時檢驗。此外，當納米材料與生物體液，如血液（血清/血漿）、尿液、唾液等混合時，會立即形成納米顆粒-蛋白冠，而細菌或病毒的蛋白質生物標志物可以通過納米顆粒-蛋白冠進行篩選和富集，并作為生物標志物濃縮器顯著提高下游基于蛋白質的STI即時檢測的靈敏度。
盡管基于納米生物技術的STI檢測技術非常有前途，但它們在從實驗室轉化為產品實現實際應用仍存在許多挑戰。首先，應考慮選擇合適的納米材料，以保證具有高選擇性和靈敏度的同時。其次，基于納米材料的檢測試劑的有效期限對其性能至關重要，所開發的納米試劑應在常規溫度下穩定數月以上。最后，考慮到成本效益指標在發展中國家的重要性，降低納米材料試劑所需的成本將成為產品轉化的關鍵點。
總而言之，盡管存在上述挑戰，新興納米生物技術的優勢將為開發符合“ASSURED”標準的STI即時檢測帶來新的希望。
論文信息：Farokhzad N, Tao W*. Materials Chemistry-Enabled Platforms in Detecting Sexually Transmitted Infections: Progress towards Point-of-Care Tests. Trends in Chemistry (Cell Press) 2021, 3(7): 589-602.
https://www.cell.com/trends/chemistry/fulltext/S2589-5974(21)00077-0
通訊作者簡介：
陶偉，博士畢業于中國清華大學，現任美國哈佛大學醫學院助理教授。研究方向主要是圍繞藥物載體和生物材料的研發及其廣泛的生物醫學應用（如mRNA/siRNA等核酸遞送、腫瘤診斷治療、心血管疾病、創傷愈合及組織再生、感染或炎癥類疾病、糖尿病及其并發癥等的治療等）。陶博士團隊研發的多種藥物遞送核心技術已獲系統性的專利、具有良好的產業化背景。
近四年以第一作者以及通訊作者身份在Nature Reviews Materials, Nature Reviews Cardiology, Science Translational Medicine, Nature Biomedical Engineering, Matter (Cell Press), PNAS, Nature Communications, Science Advances, Trends in Chemistry (Cell Press), Chemical Society Reviews, Accounts of Chemical Research, Angewandte Chemie, Advanced Materials等期刊上發表論文50余篇，多數論文入選封面論文、Web of Science高被引論文或熱點論文。
獲得美國METAvivor青年研究員獎、美國心臟協會合作科學獎、哈佛大學醫學院/布萊根婦女醫院納米醫學研究中心基金、系基礎科學基金、Khoury Innovation Award、Stepping Strong Breakthrough Innovator Award、哈佛大學醫學院助理教授啟動基金（Start-up Package）等項目資助。獲評《麻省理工科技評論》中國35歲以下科技創新35人（TR35）、微軟學術全球Top 5 Trending Authors in Nanotechnology以及Top Authors in Nanomedicine、Elsevier/Mendeley Data全球前2%頂尖科學家榜單（2019年度科學影響力排行榜）、Chemical Society Reviews（IF= 54.564）期刊Emerging Investigator、Materials Horizons（IF= 13.266）期刊Top 10 Outstanding Reviewers等獎項。同時，擔任Springer Nature & BMC旗下期刊Journal of Nanobiotechnology（IF= 10.435）副主編，Wiley旗下期刊Exploration副主編，Bioactive Materials（IF= 14.593）、Nano-Micro Letters（IF= 16.419）、Matter（Cell Press, IF= 15.589）等期刊Editorial/Advisory委員會成員，Bioactive Materials (IF= 14.593)、Acta Pharmaceutica Sinica B (IF= 11.413)等期刊客座編輯。
課題組網頁：https://scholar.harvard.edu/wtao/openings
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