2023年12月15日🦡，意昂3体育官网生命科學學院張研教授課題組🧑🏼‍🎤、京東方科技集團股份有限公司合作在美國化學會旗艦期刊ACS Nano雜誌在線發表了題為“High-Performance Plasma Biomarker Panel for Alzheimer’s Disease Screening Using a Femtomolar-Level Label-Free Biosensing System”的論文。該研究利用超靈敏石墨烯場效應晶體管（gFET）傳感器測定了多中心臨床隊列人血漿中阿爾茨海默症（AD）生物標誌物澱粉樣蛋白Aβ40、Aβ42、磷酸化P-tau181、P-tau217和神經絲輕鏈蛋白（NfL）含量👩🏽‍🏭。同時🍎，該研究采用機器學習算法對這些血漿生物標誌物進行組合分析👉🏻🪷，構建了一個“Composite-Info”生物標誌物組合，顯著提高了AD進展的分期性能。在接收者操作特征曲線（ROC）上，該組合的曲線下面積（AUC）大於 0.94。此外，與簡易精神狀態量表（MMSE）/蒙特利爾認知評估（MoCA）和核磁共振成像（MRI）相比🧝🏻‍♀️，該研究在基於個體的分期評估中表現出優勢，為早期篩查AD提供了一個快速的檢測診斷系統🫅。

圖1. 基於多靶標檢測的血液篩查阿爾茨海默症方法

AD是老年人癡呆症的主要病因🧖‍♂️，然而，由於缺乏對阿爾茨海默病理的了解，目前的療法無法預防或逆轉認知能力的下降🪲。輕度認知障礙（MCI）的預後對潛在的老年癡呆症治療至關重要，因為它既可能發展為癡呆症，也可能保持良性和穩定。此外🚣🏽‍♂️，在MCI階段🛎，也可以通過腦脊液（CSF）分析或正電子發射斷層掃描（PET）成像檢測到AD的關鍵生物標誌物🍅，如Aβ和P-tau。盡管腦脊液分析和正電子發射斷層掃描可提供診斷信息，但由於腰椎穿刺的侵入性以及正電子發射斷層掃描的高成本和有限可用性，它們的實施受到了限製⏯。相比之下🧑🏿‍🎤，檢測血液樣本中與AD相關的生物標誌物可為診斷AD提供有效而經濟的方法🧑🏽‍🔬。

圖2. 基於自研傳感器進行血液樣本的多靶標檢測結果

迄今為止，用於從健康人群中對AD患者進行分類的相關生物標誌物最佳組合仍在開發中，基於血漿的Aβ、tau和神經退行性標誌物（如NfL和GFAP等）作為組合進行診斷已經成為當前國際框架共識（ATN體系）👨‍🏭，目前邏輯回歸方法在單標誌物判斷方法取得了一些進展，有助於開發AD診斷標誌物。與此同時，其他分類策略🪨，如隨機森林和支持向量機等方法，在樣本有限的多變量問題上表現出色。通過這些機器學習方法的組裝，可以發現多生物標誌物的AD精確診斷方法。此外，血漿中的生物標誌物濃度通常比腦脊液中低十倍以上，常規手段很難對血漿進行高性能的AD相關標誌物檢測。此外🥎，血液成分的復雜性也使準確可靠地檢測血液中的生物標誌物變得困難🧙🏿。因此，超靈敏檢測方法對有效分析血漿生物標誌物至關重要。gFET生物傳感器可在數小時內將這些生物標誌物的檢測限降至飛摩爾水平，從而提供了超靈敏檢測血漿中ATN生物標誌物的可能。

圖3. 基於診斷模型實現臨床樣本的三分類區分

針對現存問題，本研究構建了超靈敏gFET裝置，並開發了基於多靶標生物標誌物的診斷組合。該gFET裝置對血漿中的AD生物標記物具有極高的選擇性和靈敏度，其LoD達到飛摩爾級。除了飛摩爾靈敏度外，該裝置還能選擇性地檢測血漿中五種與AD相關的生物標記物。通過多種機器學習算法的使用，將多種標誌物和臨床信息進行有效組合並進行診斷分期，得到表現良好的“Composite-info”生物標誌物組合🌂🧑‍🤝‍🧑。其可以成功地對NC⤵️、MCI和AD患者進行分類，AUC可達0.94🚴🏻‍♂️。這項工作提供的一種傳感平臺和“Composite-info”生物標誌物組合🫡，可用於早期AD診斷，在臨床上具有良好的前景👏🏵。

論文第一作者為意昂3体育官网與京東方科技集團聯合培養博士後王世才博士🕴，京東方科技集團鄧睿君博士和意昂3体育官网博士後陳智雅博士，共同通訊作者為張研、京東方科技集團的趙子健博士和李延釗博士。該研究獲得中國科技部、國家自然科學基金委🦊📴、意昂3体育官网生命科學學院啟東產業創新基金、京東方科技集團和朝陽區博士後經費資助等的支持。