每年有50萬例新的膀胱癌病例和20萬例與膀胱癌相關的死亡病例。早期膀胱癌在手術后的復發率超過70%，而晚期膀胱癌的生存率低，需要進行膀胱切除，這可能會損害患者的生活質量。因此，需要通過頻繁篩查進行早期和準確的診斷。目前基于膀胱鏡檢查的篩查方法具有侵入性、痛苦且昂貴，因此不適合頻繁監測。基于檢測尿液生物標志物的現場診斷工具顯示出作為非侵入性方法的潛力，成本低廉且易于獲取。然而，它們通常缺乏靈敏性，這對于檢測尿液生物標志物水平低的早期癌癥是一個問題。尿液樣本的異質性也影響了這些測試的有效性；例如，85%的膀胱癌患者出現血尿，這可能導致假陰性。需要進行現場測試，以提供不受尿液異質性影響的準確診斷結果，以便早期檢測膀胱癌。
韓國科學技術研究院Youngdo Jeong等研究人員開發了一種家用診斷平臺，用于檢測早期膀胱癌，使用的是未經處理的尿液樣本。
浮力提升生物干擾正交有機凝膠信使（buoyancy-lifted bio-interference-orthogonal organogel messenger, BLOOM）平臺采用了雙相系統，使用水凝膠膜分離生物標志物識別和信號生成。進行測試時，用戶將尿液倒入樣本腔，并添加一層十二烷油。如果存在尿液透明質酸酶——膀胱癌的生物標志物——會降解樣本腔底部的水凝膠膜，以釋放浮力有機凝膠，這些凝膠浮到雙相系統中的有機相。然后有機凝膠在有機層中溶解并釋放尼羅紅染料，產生溶劑變色熒光。這個過程無論尿液是否被血液污染都會發生。
研究人員在一項雙盲研究中評估了BLOOM的性能，研究涉及80個來自患有膀胱癌或其他泌尿生殖系統疾病的患者的尿液樣本和25個來自健康參與者的樣本，結果顯示檢測膀胱癌的準確率約為90%。這比FDA批準的NMP22快速試劑盒在同一隊列中僅顯示20%的準確率有所提高。BLOOM對于早期膀胱癌和所有階段的癌癥顯示出類似的診斷準確性，驗證了這種檢測方法適用于早期膀胱癌的檢測?？梢哉J為該工具比其他測試相對更高的準確性是由于兩相系統提供的無干擾信號生成，這允許克服尿液樣本的異質性，減輕樣本間的變化。該技術不需要洗滌過程，因此避免了伴隨的人為錯誤的可能性。
此外，BLOOM檢測還提供了基于智能手機的信號讀取器和應用程序，適用于資源有限的環境和家庭使用。相信這種低成本、用戶友好且準確的家用膀胱癌檢測診斷工具將使頻繁檢測成為可能，并增加早期發現的可能性。
圖|BLOOM系統
使用雙相系統進行生物標志物識別和信號傳導的空間分離可以防止尿液中各種物質的干擾，因為大多數生物流體物質由于其自然的水溶性而傾向于停留在水層中。因此，這個平臺可以用來測試其他異質性生物流體，如未經處理的全血。使用浮力進行信號傳導的系統應該比其他使用化學反應進行信號傳導的方法受生化干擾的影響較小。盡管有些物質會粘附在浮動的有機凝膠上，例如蛋白質和重金屬離子，但這并不會顯著抑制浮力。雙相概念消除了對生物流體樣本的預處理需求，實現了準確診斷，并為解決液體活檢中各種生物傳感器面臨的問題提供了線索。
BLOOM檢測有一些局限性。使用基于酶的生物標志物的局限性，如它們對pH、溫度和離子強度變化的活性敏感性，必須得到解決。此外，BLOOM需要三個小時，而更快速的讀數將是有益的。還需要改進以找到不需要便攜式讀卡器的讀數方法。
為了使BLOOM的實際應用成為可能，目前正在進行擴展的臨床測試、先進的制造設計用于大規模生產以及基礎研究以找到透明質酸酶在膀胱癌中的作用模式。
參考文獻：
1. Keum, C., Yeom, H., Noh, T.I. et al. Diagnosis of early-stage bladder cancer via unprocessed urine samples at the point of care. Nat. Biomed. Eng (2024).
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