真皮間質(zhì)液在診斷應(yīng)用方面的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

間質(zhì)液（ISF）包裹著組織內(nèi)的細(xì)胞，是細(xì)胞接收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、分泌廢物和通過(guò)分子信號(hào)進(jìn)行交流的介質(zhì)。按體積計(jì)算，人體含有的間質(zhì)液至少是血液的三倍。其中，真皮間質(zhì)液，即皮膚內(nèi)的間質(zhì)液，在生物標(biāo)志物組成方面通常被認(rèn)為與血液大致相當(dāng)；此外，由于存在于皮膚表面附近，利用間質(zhì)液可以更容易地獲取生物標(biāo)志物，而不會(huì)出現(xiàn)與抽血相關(guān)的疼痛或凝血現(xiàn)象，因而在生物標(biāo)志物的檢測(cè)方面具有良好的應(yīng)用前景。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期，來(lái)自美國(guó)辛辛那提大學(xué)（University of Cincinnati）以及斯坦福大學(xué)（Stanford University）的研究人員于Nature Biomedical Engineering期刊發(fā)表了題為“Opportunities and challenges in the diagnostic utility of dermal interstitial fluid”的前瞻性綜述文章，探索了將真皮間質(zhì)液作為一種極具診斷價(jià)值潛力的生物液體所面臨的機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)。

該文章首先對(duì)皮膚的結(jié)構(gòu)與組成，以及分析物流入真皮間質(zhì)液的過(guò)程進(jìn)行了探討。其中，真皮層由兩個(gè)亞層組成（包括厚約15 μm且血管高度豐富的乳頭狀真皮層，其為表皮提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；以及厚約1~4 mm的凝膠狀網(wǎng)狀真皮），并且細(xì)胞含量低（主要由成纖維細(xì)胞和免疫細(xì)胞組成）；而細(xì)胞旁轉(zhuǎn)運(yùn)和跨細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)是分析物從血液流入真皮間質(zhì)液的兩種主要途徑。

圖1 皮膚結(jié)構(gòu)及分析物流入真皮間質(zhì)液的過(guò)程

間質(zhì)空間內(nèi)的細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）成分（特別是膠原蛋白和糖胺聚糖（GAGs））可以與水結(jié)合，使間質(zhì)液具有類似水凝膠的稠度。提取的間質(zhì)液可以提供有價(jià)值的信息，但是，設(shè)計(jì)可以產(chǎn)生準(zhǔn)確樣本含量的間質(zhì)液采樣方法仍然具有挑戰(zhàn)性。當(dāng)嘗試對(duì)大體積的間質(zhì)液進(jìn)行快速采樣時(shí)，在大多數(shù)情況下，網(wǎng)格狀細(xì)胞外基質(zhì)充當(dāng)了一個(gè)過(guò)濾器，阻礙了大溶質(zhì)的提?。ǖ粫?huì)阻礙小分子，如葡萄糖）。這使得在提取的間質(zhì)液樣本中量化細(xì)胞因子、肽激素和免疫球蛋白等大型蛋白質(zhì)生物標(biāo)志物的實(shí)際濃度變得極其困難。

更概況地說(shuō)，間質(zhì)液中分析物的生理濃度相對(duì)于它們?cè)谘褐械臐舛热匀缓茈y表征。在該綜述文章中，作者對(duì)有效提取間質(zhì)液所面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了討論，并調(diào)研了已有研究所描述的間質(zhì)液提取方法，以及成功提取間質(zhì)液所受到的體積和過(guò)濾限制。

圖2 間質(zhì)液的提取方法

接下來(lái)，該文章對(duì)間質(zhì)液在診斷方面的應(yīng)用進(jìn)行了探索。間質(zhì)液最主要的診斷應(yīng)用是在糖尿病管理過(guò)程中的血糖監(jiān)測(cè)。真皮內(nèi)的微傳感器可以連續(xù)測(cè)量間質(zhì)液中葡萄糖水平的變化，具有精度高、時(shí)間分辨率高的優(yōu)點(diǎn)，且監(jiān)測(cè)可持續(xù)數(shù)周。

此外，基于間質(zhì)液的連續(xù)血糖儀（即使不需要基于血液的校準(zhǔn)）與基于血液的指尖采血血糖儀（典型的平均絕對(duì)相對(duì)差異小于10%）可以達(dá)到相似的準(zhǔn)確度。由于間質(zhì)液在葡萄糖監(jiān)測(cè)方面的成功，越來(lái)越多的關(guān)注以及研發(fā)工作指向了對(duì)間質(zhì)液在診斷分析中效用的探索（無(wú)論是非原位檢測(cè)還是通過(guò)可穿戴或可植入傳感器進(jìn)行的原位檢測(cè)）。在該綜述文章中，作者重點(diǎn)介紹了兩個(gè)在未來(lái)具有應(yīng)用前景的連續(xù)間質(zhì)液傳感樣例。

圖3 真皮間質(zhì)液采樣，用于連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)

圖4 兩種成功用于連續(xù)傳感的生物傳感器樣例

最后，該文章對(duì)真皮間質(zhì)液的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。文章指出，獲取真皮間質(zhì)液和持續(xù)快速監(jiān)測(cè)其中生物標(biāo)志物方法的進(jìn)步可能有助于個(gè)性化醫(yī)療的實(shí)施。間質(zhì)液有望作為血液替代品和生物液，為分析物的灌注、疾病狀態(tài)和無(wú)法通過(guò)血液采樣識(shí)別的局部細(xì)胞-細(xì)胞信號(hào)提供獨(dú)特而豐富的見(jiàn)解。

然而，實(shí)現(xiàn)間質(zhì)液在診斷中的常規(guī)使用還有很長(zhǎng)的路要走。一般來(lái)說(shuō)，真皮層對(duì)流體流動(dòng)的高電阻率限制了可輕松提取的具有生理代表性的間質(zhì)液的最大采樣率和總體積。超過(guò)這種“速度限制”的間質(zhì)液提取方法可能會(huì)被稀釋，并產(chǎn)生不能代表生理間質(zhì)液的樣品。

因此，早期的成功應(yīng)用主要涉及小分子（< 3 kDa）的傳感。蛋白質(zhì)、RNA和其他大分子（> 30 kDa）也是潛在的傳感目標(biāo)，但它們?cè)陂g質(zhì)液中的濃度幾乎肯定低于血液中的濃度，因此需要開(kāi)發(fā)極其靈敏的生物傳感技術(shù)。此外，連續(xù)可穿戴傳感器必須在未稀釋的生物流體中工作；電化學(xué)生物傳感器可以做到這一點(diǎn)，但它們的短壽命（< 24小時(shí)）目前限制了它們作為連續(xù)生物傳感器的可行性。

然而，這些困難應(yīng)該不會(huì)阻礙間質(zhì)液生物傳感技術(shù)的研究和發(fā)展。事實(shí)上，機(jī)會(huì)是很多的，不斷的技術(shù)進(jìn)步正在產(chǎn)生性能和功能都有所改進(jìn)的生物傳感器，而能夠高靈敏度和連續(xù)監(jiān)測(cè)間質(zhì)液中生物標(biāo)志物的技術(shù)可能有一天會(huì)徹底改變分子診斷和達(dá)到分子精度水平的生理狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

審核編輯：劉清