最新Anal. Chem.：新型三维分级多孔碳探针检测N-甘氨酸生物标志物和早期肝癌
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研究内容
由于肝细胞癌（HCC）的高度异质性，在发展的早期准确诊断HCC仍然是一项具有挑战性的任务。因此，需要通过发现新的生物标志物来进一步开发新的诊断方法，以提高HCC早期诊断率。
复旦大学张祥民、黄立豪、Hongbin Zhang和同济大学Qiuhong Man设计并制造了一种氧修饰的三维互连多孔碳探针，分析健康对照组（H）和肝功能障碍（HD）和HCC患者血清中N-聚糖的差异，从而发现HCC发展的新生物标志物。结果显示，12种血清N-聚糖的表达水平从H逐渐增加到HD患者，并最终增加到HCC患者。此外，基于这12种血清N-聚糖建立的两个机器学习模型在预测HCC发展方面达到了令人满意的准确性，其中受试者工作特征曲线达到0.95以上，用于区分健康对照组和肝病患者（HD或HCC），ROC曲线达到0.85，用于区分HD和HCC。相关工作以“Novel Three-Dimensional Hierarchical Porous Carbon Probe for the Discovery of N-Glycan Biomarkers and Early Hepatocellular Carcinoma Detection”为题发表在国际著名期刊Analytical Chemistry上。
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研究要点
要点1.作者使用有序的自组装聚（苯并恶嗪核心溶胶）聚合物作为碳前驱体，通过简单的热退火和后氧化工艺，设计并制造了一种具有分级孔的氧改性3D互连多孔碳（IPC-O）探针，用于富集N-聚糖。通过热退火制备的IPC不仅继承了聚（苯并恶嗪共聚甲阶）聚合物前体的无裂纹单体形态和塑性形状的特征，而且形成了三维互连的分级孔隙和优异的机械强度。在后氧化过程中引入丰富的含氧官能团的同时，多孔碳的原始单片形状、3D互连的分级孔和优异的机械强度也可以得到很好的保留。
要点2.得益于优异的塑性和机械强度，IPC-O探针可以通过使用特定的容器或后处理，在不添加任何粘合剂的情况下轻松地定制成各种形状，这将很好地满足实际应用的各种需求。IPC-O探针的3D互连的独特分级孔为聚糖快速流动提供了足够的通道，同时提高了底物-聚糖接触频率和丰富的含氧官能团，这些官能团改善了极性相互作用，从而提高了N-聚糖的捕获性能。
要点3.所制备的IPC-O探针显示出从人类血清中捕获N-聚糖的显著性能，并成功地在5 μL人类血清中鉴定了49个N-连接聚糖。IPC-O探针成功应用于分析健康对照组（H）和肝功能障碍（HD）和肝细胞癌（HCC）患者血清中N-聚糖的差异，发现在HCC进展过程中，12种N-聚糖的表达水平呈逐渐增加的趋势。结果表明，合成探针和基于这12个N-聚糖的机器学习模型不仅可以用于区分H与肝脏疾病，还可以特别区分HD与HCC，这使得该方法在以无创方式预测早期癌症发展方面具有潜在的价值。
该工作不仅为血清多聚糖的大规模表征开发了一种新的方法，而且为以无创方式准确、高灵敏度地诊断早期癌症的发展提供了有价值的指导。
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研究图文
图1.（a）IPC-O探针的合成程序。（b）复杂样品中N-甘氨酸富集程序的说明。
图2.（a）容器（a1）、前驱体（a2）、IPC（a3）和各种形状的IPC（a4）的光学图像；（b）IPC和IPC-O的机械强度试验；（c）IPC的SEM、（d）HR-SEM和（e）TEM（插图：SAED）。
图3.（a）N2吸附等温线；（b）IPC和IPC-O的相应孔径分布；（c）IPC和IPC-O的拉曼光谱；IPC和IPC-O的（d）XPS和（e）高分辨率C 1s光谱以及（f）IPC和IPC-O的水接触角测量。
图4.（a）使用机器学习策略推断糖尿病进展中特定改变的生物分子组合。（b）健康对照组（H）、肝功能不全组（HD）和肝细胞癌组（HCC）中N-聚糖的偏最小二乘判别分析（PLS-DA）评分图概述。（c）基于12种血清N聚糖的热图分析。（d）健康对照组（H）、肝功能障碍组（HD）和肝细胞癌组（HCC）中12个突出的N-聚糖的散点图。
图5. 稀疏学习的受试者操作特征（ROC）曲线，以区分健康对照组和提供诊断性能的肝病患者（a，b）。稀疏学习的受试者操作特征（ROC）曲线，用于区分HD患者和HCC患者，提供诊断性能（c，d）。
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文献详情
Novel Three-Dimensional Hierarchical Porous Carbon Probe for the Discovery of N - Glycan Biomarkers and Early Hepatocellular Carcinoma Detection
Jiaxi Wang, Jia Liu, Mengran Li, Yang Wang, Qiuhong Man,* Hongbin Zhang,* Li-Hao Huang,* Xiangmin Zhang*
Anal. Chem.
DOI: https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c00533
