眼淚是由淚腺分泌的，其在全身循環并接觸到身體的各個器官和組織。眼淚含有蛋白質、多肽、脂質、代謝物和電解質，可以作為多種疾病的生物標志物，不僅包括眼部疾病（例如干眼綜合癥、角膜炎、夜盲癥、急性結膜炎等），還包括系統性疾病（例如癌癥、糖尿病、帕金森病、阿爾茨海默病、囊性纖維化和多發性硬化癥等）。此外，與血液檢測相比，淚液分析更加方便、無創，且患者耐受性好。因此，淚液分析已成為臨床監測健康的常規檢查。

然而，現有的淚液分析方法面臨著三大障礙：1）淚液中目標分子的濃度極低（通常在皮摩爾水平）；2）可收集的淚液量很小（僅微升水平）；3）同時檢測多種生物標志物有困難。這些挑戰不可避免地導致了不準確的診斷。此外，基于質譜和或免疫分析的方法通常需要大型分析實驗室設備，這使得POCT即時檢測變得困難。

近日，復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院洪佳旭主任醫師與蘇州大學功能納米與軟物質研究院王后禹教授、何耀教授合作，在 Advanced Materials 期刊發表了題為：framework Nucleic Acids Combined with 3D Hybridization Chain Reaction Amplifiers for Monitoring Multiple Human Tear Cytokines 的研究論文。

該研究開發了一種無線便攜式淚液分析傳感器，僅需3mL淚液即可靈敏檢測淚液中的干眼綜合癥（DES）相關的四種細胞因子（IFN-γ、IL-6、TNF-α、MMP-9），檢出限低至0.1 pg/mL。該研究為開發個性化、準確診斷多種眼病的淚液傳感器奠定了基礎。

在這項研究中，研究團隊開發了一種無線便攜式淚液分析傳感器，可以對淚液中的四種細胞因子——干擾素-γ（IFN-γ）、白細胞介素-6（IL-6）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和基質金屬蛋白酶-9（MMP-9）進行靈敏的定量分析。這四種淚液細胞因子與干眼癥（DES）密切相關。

該傳感器的檢測策略基于DNA四面體框架（DTF）與三維雜交鏈反應（3D-HCR）放大器的偶聯。最近，框架核酸使制造用于癌癥診斷、藥物遞送、生物計算和智能治療的多維有序納米結構成為可能。此外，雜交鏈反應（HCR）提供了在各種環境中對分子信號進行多重、等溫、無酶放大的解決方案，因此已被用于生物檢測、原位成像和DNA納米結構的構建。然而，其在淚液分析中的應用仍存在空白。

在這項新研究中，研究團隊利用DNA四面體框架（DTF）有效地捕獲了具有可控多分支臂的3D-HCR產物。3D-HCR產物的組裝由特定細胞因子觸發，傳統的1D-HCR具有不可控多分支臂，表現出相對較低的擴增效率，而3D-HCR產物顯示出11.0倍的電化學信號增強。3D-HCR器件能夠以100pg/mL、1pg/mL、1pg/mL和0.1pg/mL的檢測限對MMP-9、IFN-γ、IL-6和TNF-α進行靈敏檢測，且僅需3mL眼淚。

研究團隊使用所開發的傳感器和商業ELISA試劑盒對臨床干眼癥（DES）樣本進行的雙盲測試顯示，兩者之間沒有顯著差異。與單一生物標志物診斷相比，基于多種生物標志物的這種傳感器的診斷準確性提高了約16%。

總的來說，該研究所開發的系統為淚液傳感器提供了潛力，促進了各種眼病的創新診斷方法的開發，有望實現對各種眼病的個性化和準確診斷。長期以來，洪佳旭主任和何耀教授團隊圍繞角膜病的關鍵臨床問題展開攻關，相關藥物和器械研發均已推進至臨床研究階段，建立了良好的“臨床-科研-轉化”協作范式。