外泌体(Exosome)是细胞所分泌的纳米级胞外囊泡，由于其携带蛋白质、核酸、糖等重要的生物信息分子，能够反应疾病状况，进而为疾病诊断提供更加准确和即时的判断，因而已成为疾病诊断的新型标志物。然而，ELSIA、流式细胞术、纳米颗粒跟踪技术等传统检测方法面临灵敏度低、操作复杂、成本高等问题，已难以满足生物样本检测的临床需求。
在医疗诊断和生命科学研究中，生物传感器是最常用的器件之一，作为一类能将分子识别信息转化为可测量信号的集成设备，由于其可以采用多种分子识别设计和信号放大手段对外泌体包含的生物分子进行灵敏检测，并将其转化为疾病诊断的重要信息，而且生物传感器还具备操作简便、易于小型化等优点，因此，基于生物传感的外泌体检测方法有望在疾病早期诊断、以及疾病分期、分型等精准医疗领域发挥重要作用，相关研究引起了极大关注。
南京大学生命科学学院的李根喜教授团队、南京医科大学第一附属医院的谢平教授团队近几年在外泌体分析及临床应用方面均开展了大量的研究工作。最近，两个团队合作，对基于生物传感的外泌体检测方法及疾病诊断应用进行了综述，他们围绕生物传感器的传感设计与信号放大策略，着重介绍了近几年电化学、光学等生物传感器在外泌体检测及疾病诊断方面的最新进展，探讨了相关研究在未来发展及临床转化中可能面临的挑战与应对策略。论文以“Biosensor-based methods for exosome detection with applications to disease diagnosis”为题发表在Biosensors and Bioelectronics上。直博生葛伟康和博士研究生牟哲莹为论文的共同第一作者，李根喜教授和谢平教授为共同通讯作者。
如图1所示，由于外泌体携带有蛋白、核酸、糖等多种生物分子，同时，大量研究表明，外泌体上的这些生物分子与疾病的发生发展密切相关，因此，作者按照检测蛋白、核酸、聚糖为基础的外泌体传感器进行分类，并且基于多肽、核酸和新型纳米材料等传感元件，介绍了多种分子识别手段和信号放大策略，比较了不同类别的生物传感器在外泌体检测方面的优势与不足，总结了近几年各种生物传感器在疾病相关外泌体检测方面的最新进展，并探讨了它们在临床应用方面的潜力。
图1. 基于生物传感的外泌体检测方法概览。 图片来源：Biosensors and Bioelectronics
主要内容：
① 外泌体蛋白是母细胞蛋白表达情况的极佳反映，与疾病发生密切相关。检测外泌体的生物传感器大多围绕外泌体膜上的蛋白标志物开展。这些传感器可以是灵敏检测外泌体上某种特定蛋白的含量，或是检测带有该蛋白标志物的外泌体数目；也可以是同时检测或分析外泌体上的多种蛋白。因此外泌体蛋白的传感检测方法能够结合多种不同的技术手段和策略，以准确分析外泌体上的蛋白信息。
② 外泌体中包含的小分子核酸是外泌体胞间交流功能的重要基础。不同疾病中高表达的核酸标志物不尽相同，因此外泌体中核酸靶标的检测可以用于一系列疾病的诊断。常用的外泌体核酸检测方法包括裂解后检测和原位核酸检测。前者为输出信号的放大及界面上的核酸检测提供了便利，能够保证检测的高特异性和灵敏度；而后者则通过递送传感元件进入外泌体内，避免了核酸在外泌体裂解过程中可能受到的污染和降解。
③ 除了常用的蛋白和核酸这两种疾病标志物，聚糖在疾病诊断领域的潜力近年来也受到了广泛关注。已有大量研究表明，外泌体上糖基化情况的改变与疾病发生和恶化密切相关，因此对于外泌体聚糖的分析有助于破解疾病诊断信息，为一些缺少蛋白和核酸标志物的疾病提供新的诊断视角。作者还总结了代谢标签和凝集素等技术在外泌体聚糖传感分析中的运用，并介绍了外泌体聚糖传感器的研究进展。
该论文概述了生物传感器在外泌体检测领域的最新进展，介绍了电化学、光学等技术在外泌体检测中常用的传感方法，展现了生物传感器在灵敏检测外泌体标志物从而实现疾病准确诊断的巨大潜力。然而，基于生物传感的外泌体检测方法也面临着一些挑战，例如外泌体的异质性、检测环境的干扰等等，因此需要更加关注传感器的多重分析能力和抗干扰性。随着人工智能算法、多维数据分析以及新型材料等领域的不断发展，上述这些问题将逐渐被攻克，生物传感器的诊断精准性也将得到进一步提升。此外，作者在该综述中也讨论了生物传感器在临床转化过程中可能遇到的问题。未来，这种集便携性、灵敏度与多靶点分析能力于一体的生物传感器有望成为临床医生的得力助手，推动疾病诊断和治疗从经验医学向精准医学的跨越。
参考文献：
Biosensor-based methods for exosome detection with applications to disease diagnosis. Biosensors and Bioelectronics. 279 (2025) 117362.
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.bios.2025.117362
