湖北大学段瑞雪/张修华开发急性肾损伤无创诊断新策略：WOx:Mo纳米片ROS触发释放生物正交DNA尿液检测

基于纳米传感器的尿液合成生物标志物诊断策略正逐渐崭露头角，成为一种具有广阔应用前景的新型检测手段。

然而，其仍面临以下挑战：1）纳米传感器在肝、脾等器官的非特异性累积；2）在应用于急性肾损伤（AKI）诊断时，受限于肾小球的尺寸依赖性滤过机制，纳米传感器负载的合成生物标志物种类及负载量受到限制。

2026年7月，湖北大学段瑞雪、张修华共同通讯在

Chemical Engineering Journal

在线发表题为

Renal-clearable WOx:Mo nanosheets for monitoring of acute kidney injury development through ROS-triggered release of urinary bioorthogonal DNA

的研究论文。

该研究构建了一种负载生物正交DNA的钼掺杂氧化钨（WOx:Mo@DNA）纳米片传感器，并利用脂质体对RES进行阻断，以实现该传感器在肾脏中的高效递送。纳米片传感器到达受损肾脏后，和微环境中过表达的ROS反应，生物传感器结构被破坏，释放生物正交DNA，最终通过尿液排出。

生物正交DNA可通过叠氮-炔基间的Click反应以及生物素-链霉亲和素高亲和力反应被近红外量子标记并被磁珠捕获，最后通过荧光信号检出。

该策略具有以下优势：

1）相较于临床血清学方法，该策略能够提前42小时实现AKI的快速诊断，是迄今为止报道中灵敏度最高的AKI检测技术。

2）通过阻断RES摄取并利用纳米传感器的高负载能力，其注射剂量可降低至约25 pmol/kg，较其他研究中使用的剂量至少低三个数量级，从而确保了生物传感器的生物安全性。

3）合成DNA生物标志物相较于其他合成生物标志物具有显著优势，如高度可编程性、兼容扩增反应、高特异性以及与新兴技术的整合能力，能够满足多样化检测环境的需求。

急性肾损伤（AKI）是一种以肾功能急速下降为特征的临床综合征，具有高发病率和高死亡率特征。早期快速诊断AKI并及时干预是防止其发展为慢性肾病和肾衰竭的关键所在。当前关于AKI的诊断研究主要分为影像学方法和基于内源性生物标志物的体外诊断方法两大类。

影像学诊断途径包括正电子发射断层显像（PET）、磁共振成像（MRI）及活体荧光成像等技术。上述技术能够提供关于解剖结构改变、功能丧失以及AKI相关分子异常的宝贵信息，然而其亦存在辐射暴露风险、成本高昂等局限性。另一方面，尽管血清肌酐（sCr）和血尿素氮（BUN）作为内源性生物标志物在临床诊断中广泛应用，但其对AKI的早期诊断敏感性和准确性均不足。

因此，亟需探索新型生物标志物，并发展出能够实现AKI早期监测的快速、便捷、可靠、灵敏且经济有效的检测新方法。

近年来，合成生物标志物策略逐渐兴起，其核心思路在于设计生物工程化传感器。该类传感器可被疾病微环境中局部异常表达的分子选择性激活，进而将负载的合成生物标志物释放至尿液中，从而实现疾病检测。

尽管该策略在疾病诊断领域展现出广阔的应用前景，但在应用于AKI检测时仍面临较大挑战，主要受限于肾小球滤过阈值的制约。已有研究表明，超小尺寸纳米颗粒或纳米片可经肾脏滤过有效清除。

然而，超小尺寸纳米颗粒的合成生物标志物负载能力有限，而现有纳米片在肾脏安全性及合成生物标志物的按需释放性能方面亦存在不足。例如，针对AKI发生早期就过表达的ROS，黑磷纳米片可与其发生反应，并发生响应性降解，但其降解产物磷酸盐可能加剧AKI进程；此外，二氧化锰纳米片的降解产物，尤其是锰离子，亦可能诱发免疫应答。

因此，开发兼具高化学稳定性与灵敏ROS响应降解性能的纳米片，有望成为构建AKI早期诊断合成生物标志物策略的潜在工具。

基于WOx:Mo@DNA纳米片传感器的AKI早诊示意图。

含氧空位的氧化钨纳米片不仅具有优良的化学惰性和ROS响应特性，还展现出显著的CT成像性能。然而，纳米结构在血液循环中易被网状内皮系统（RES）快速清除，这一特性严重制约了其肾脏靶向效率。

既往研究表明，碳材料、纳米凝胶、右旋糖酐硫酸酯及未标记脂质体等一系列物质可通过在靶向纳米探针注射前或与之同时注射的方式，用于封闭RES功能。其中，空白脂质体作为临时封闭剂具有良好的应用潜力，且无显著毒性。纳米结构经RES快速清除后，可于脾脏和肝脏中富集，从而使得治疗制剂能够更有效地递送至目标病灶部位。

该研究开发了一种负载生物正交DNA的钼掺杂氧化钨（WOx:Mo@DNA）纳米片传感器，该传感器可在脂质体封闭网状内皮系统（RES）的辅助下，以超低剂量实现AKI的早期诊断。

在同时注射WOx:Mo@DNA纳米传感器与空白脂质体后，脂质体可迅速饱和巨噬细胞受体，从而阻断巨噬细胞对WOx:Mo@DNA纳米传感器的摄取，并促进其在肾脏部位的富集。该纳米传感器具有良好的ROS响应降解性能，能够将功能性DNA报告分子高效释放至尿液中，用于AKI的超灵敏诊断。

为优化WOx:Mo纳米片对ROS的响应灵敏度，该研究考察了钼掺杂浓度、反应时间及反应温度等参数；同时，为了保障生物正交DNA从纳米片表面高效释放，对其序列和长度进行了系统研究。此外，CT成像技术揭示脂质体促进纳米片肾脏清除效率。

进一步地，探索了基于CdSe/ZnS量子点（QD）辅助的近红外荧光检测方法，以实现AKI的超灵敏诊断。

综合上述技术的协同优势，该研究构建了一套工程化的非侵入、高灵敏、高特异性、高安全性的纳米传感器，用于通过尿液实现AKI早诊。

文章链接：https://authors.elsevier.com/a/1nOol4x7R2rzgK