前列腺癌是男性最常见的恶性肿瘤之一，其发病率和病死率分别位列全球男性恶性肿瘤发病和死亡谱的第二位和第五位，有男性健康“沉默杀手”的称号。近年来，我国前列腺癌的发病率逐年增加，2020年数据显示其发病数已占全球前列腺癌发病数的8.2%。由于早期前列腺癌接受根治性手术可以获得良好的预后，因此针对前列腺癌的早期筛查就显得尤为重要。

近日，天津大学医学工程与转化医学研究院科研团队成功研制了一种新型丝网印刷纳米免疫传感器。该传感器可对血清中前列腺癌肿瘤标志物的多个参数同时进行检测，提供比常用前列腺癌检测办法更为简单、快速、准确的方案，有望为前列腺癌大规模基层筛查提供高效的即时检测新手段。

PSA比值有助检出早期前列腺癌

近年来，前列腺癌发病率随着城市化发展程度逐渐上升，大城市前列腺癌发病率达到20/10万，即每10万人中就有20个人被新确诊为前列腺癌。同时，我国前列腺癌的病死率也居高不下，远超欧美发达国家。

“这其中的主要因素在于，我国超过70%的前列腺癌患者，初诊时已经是中晚期，绝大部分患者因此丧失了根治的机会。而在欧美发达国家，初诊前列腺癌患者中只有不到20%是中晚期。”天津医科大学第二医院院长、天津市泌尿外科研究所所长牛远杰教授指出，前列腺癌一旦到了晚期，治疗就会变得非常困难。

前列腺癌早期症状并不明显，患者在出现骨痛、尿血等症状的时候往往已经是中晚期。牛远杰强调，对50岁以上或者有前列腺癌家族史的高危人群进行筛查、早期诊断和治疗，是提高我国前列腺癌患者总体生存率的最有效手段。

目前，临床诊断前列腺癌主要依靠直肠指诊、血清肿瘤标志物、经直肠前列腺超声和盆腔核磁共振检查。“其中，血清肿瘤标志物在前列腺癌早期诊断中具有优势，能发挥重要作用。”牛远杰指出，前列腺癌的血清标志物检查主要是针对前列腺特异性抗原(PSA)的检测，当体检中发现PSA水平异常增高，就意味着患前列腺癌的可能性很大，需要进一步检查。

肿瘤标志物检查作为一种简便易行且对人体伤害较小的方法，目前已经被广泛应用于肿瘤的筛查、诊断、预后评估、疗效监测和复发预测等环节。

“肿瘤标志物是在肿瘤发生和增殖过程中，由肿瘤细胞本身合成、释放或由机体对肿瘤细胞发生反应而产生的标志肿瘤存在和生长的一类物质。它可以客观地、特异性地反映肿瘤的发生和发展进程。在人体的血液、体液、组织或细胞中都可检测到。”天津大学医工院精准医学检测团队负责人李爽介绍。

PSA是一种前列腺细胞合成的糖蛋白，只来源于前列腺，所以PSA水平直接反应了前列腺的变化。前列腺癌组织也会产生PSA，当前列腺肿癌突破了基底膜的屏障时，PSA就会释放入血，此时血液中的PSA水平往往会大幅升高。

但是也有一部分患者PSA水平增高是由其他原因引起的，例如前列腺炎、前列腺增生、尿潴留、运动、泌尿生殖系统感染等。

“因此除了PSA水平外，一些PSA衍生指标也有助于临床病情的判断，其中很有代表性的就是PSA比值(fPSA/tPSA)。”李爽介绍，血清中的PSA会以结合(cPSA)和游离(fPSA)两种形式存在，两者之和即为总PSA(tPSA)。将PSA比值与PSA联合使用，对比单一PSA水平，可以进一步提高前列腺癌筛查的敏感性和特异性，并有效提高大规模筛查时的准确性。

李爽进一步解释，研究发现，如果以fPSA/tPSA(PSA比值)大于0.16作为正常参考值的话，比值小于0.16的人选择穿刺进行病理检测，可以更准确地检出潜在的前列腺癌患者。

可提高大规模筛查的准确性和效率

目前对于fPSA以及tPSA的检测方法主要包括酶联免疫吸附法、荧光免疫法、化学发光免疫法和放射免疫法等。

“这些常规免疫测定法较复杂，并且设备庞大、耗时长、对操作人员技术要求高，不适应一些前列腺癌筛查的特殊场景，如社区以及偏远地区的前列腺癌筛查等。”李爽说。

“由于前列腺癌相关肿瘤标志物检测可以有效实现对前列腺癌的检出，因此在这一基础上，天津大学医工院团队研制了一种基于三层纳米修饰的新型电化学丝网印刷免疫传感器。”李爽介绍，该传感器利用前列腺癌肿瘤标志物抗原抗体的特异性识别功能，成功实现了从生化信号到电化学信号的转换，使得高灵敏度检测前列腺癌肿瘤标志物成为可能。

这种新型传感器中的二硫化钼纳米片层可以增加电极的反应接触面积，铂包金纳米复合材料能进一步放大电化学信号，同时通过循环伏安法固定的聚多巴胺有效提高了生物传感器的灵敏度，三者结合，可实现对fPSA以及tPSA的同步精准检测。

“另一方面，新型丝网印刷纳米免疫传感器基于电化学分析技术制成，因此具有电化学方法操作方便、灵敏度高、响应速度快等优点。”李爽说。

由于该免疫传感器可以快速高效地实现从生化物质到易读出的电信号之间的转换，因此可以提供超高的检测效率。同时，由于该免疫传感器可以对血清中的双前列腺癌肿瘤标志物即tPSA和fPSA实现检测，因此与检测单一前列腺癌肿瘤标志物相比，前列腺癌筛查的敏感性和特异性进一步得到了提高，同时大规模筛查时的准确性也能得到提升。

这种新型传感器的操作也十分方便，不受空间限制，30分钟内即可显示检测结果，可极大提高前列腺癌的检测效率。

未来能用于多种疾病的智能即时检验

目前，研究团队已与天津市肿瘤医院检验科合作开展了相关临床实验，结果证实该新型免疫传感器可对灰区4—10ng/mL的前列腺癌患者样本进行可靠有效的区分。

不仅如此，鉴于该新型免疫传感器对前列腺癌的检测是依赖抗原抗体间的特异性识别这个原理，因此可依托现有电化学分析技术，利用其他疾病标志物的抗原抗体特异性结合特性，将该研究成果进一步推广。

“电化学分析在癌症早期筛查中具有显著优势。”李爽说，目前，发展新的电化学免疫传感器对各类疾病的检测已经成为重要的研究方向，随着各类纳米材料以及电子技术的不断发展与成熟，越来越多的免疫传感器可以实现检测性能的精益求精。

李爽介绍，这种新型纳米免疫传感器还具有可批量化生产、一致性好、成本低廉等优点，研究团队后续计划将该传感器与自研的掌上电化学分析系统相结合，用于乳腺癌、胃癌等多种不同高通量癌症标志物的智能即时检验。