世界卫生组织(WHO)的REASSURED框架强调,侧向层析检测(LFA)在解决受新发与再发病原体、被忽视热带病以及病因未明疾病影响的低资源地区诊断可及性缺口方面具有重要作用。尽管基于抗体的侧向层析检测(LFA)在临床应用中占主导地位,适配体和纳米抗体已作为替代性识别元件出现,并展现出有利的稳定性、可重复性以及制造学特征。本综述考察了基于适配体和纳米抗体的侧向层析检测(LFA)在感染性疾病和免疫介导性疾病情境中的分析性能,并将这些系统置于诊断开发图景中加以讨论。跨不同疾病场景,这些体系在受控条件下常规性地表现出与抗体基格式相当的稳健分析性能。然而,对比分析显示,分析可行性与其进入标准化临床验证及实际部署之间持续存在明显脱节。转化结局更常受限于样本获取、对照方法界定、制造准备度以及监管先例,而非结合分子亲和力或检测化学本身的局限。上述发现表明,对于开发下一代侧向层析检测(LFA)的研究人员而言,仅进行分析优化并不足够;成功转化日益依赖于与支配诊断评估的验证、制造和部署框架相一致。
1. Introduction
文章首先从全球诊断可及性不均衡切入,指出高资源地区通常具备实验室支持的诊断流程,而许多中低收入地区仍缺乏基础诊断能力。感染性疾病在全球死亡负担和伤残调整寿命年中占据重要比例,而诊断基础设施不足会直接影响患者管理、疾病监测及疫情控制。COVID-19疫情进一步揭示了集中式实验室诊断在理想条件下虽具优势,但高度依赖稳定供电、供应链与专业人员,因而在系统性冲击下十分脆弱。文章同时指出,这一问题不仅存在于传染病,也影响被忽视热带病以及病因未明疾病,如川崎病、多系统炎症综合征(MIS-C)和病因不明慢性肾病(CKDu)。在此背景下,世界卫生组织(WHO)提出REASSURED框架,即实时互联、样本采集简便、可负担、敏感、特异、用户友好、快速/稳健、无需设备、可交付,用于指导资源受限环境中的公平诊断开发。作者据此提出本文核心目标:评估侧向层析检测(LFA)在REASSURED框架下的适配性,并重点分析适配体与纳米抗体相较传统抗体在性能与转化层面的定位。
2. Diagnostic landscape: LFAs and laboratory reference methods
本节系统梳理了侧向层析检测(LFA)与实验室参考方法之间的差异。文章指出,尽管全球体外诊断市场规模巨大,但市场扩张并未自动转化为诊断资源的公平分配。聚合酶链式反应(PCR)、酶联免疫吸附测定(ELISA)、下一代测序(NGS)、蛋白质印迹和微生物培养等实验室方法在受控条件下具有高分析灵敏度和高特异性,并拥有成熟的监管验证路径,但其对电力、仪器、冷链及专业操作人员的依赖限制了其去中心化部署。相比之下,侧向层析检测(LFA)将样本处理、试剂释放、分析物捕获和信号显现集成于单一膜条,通过毛细驱动实现无设备检测,因此在分散化筛查和现场监测中具有独特优势。作者进一步区分了分析性能与临床性能:前者包括检出限(LOD)、定量限(LOQ)、分析特异性、精密度与动态范围,后者则涉及临床敏感度、临床特异度、预测值和似然比。文章强调,许多LFA的性能报道建立于人工基质或构建样本之上,基质效应与前处理变量在真实使用场景中可能显著改变检测表现。此外,作者概述了LFA条带的结构组成,包括样本垫、结合垫、硝酸纤维素膜、吸水垫、保护层、背衬卡和塑料卡匣,并指出这些材料与结构参数共同决定检测时间、灵敏度、重复性和长期稳定性。整体而言,本节建立了一个重要前提:诊断技术优劣不能仅凭分析指标判断,更必须纳入操作性、物流性和基础设施依赖性。
3. Scientific innovations in LFA technology
本节聚焦LFA技术的科学创新,指出该平台正由传统定性可视化检测逐步发展为可半定量甚至定量分析的体系,其驱动力来自分子识别、信号输出与材料工程的协同进步。文章认为,尽管抗体仍是当前最成熟且最具临床基础的识别元件,但适配体和纳米抗体因其物理化学性质而为LFA稳定性、可制造性和分散部署提供了新的可能。同时,报告化学、数字判读和试纸结构层面的改进,也在不显著增加基础设施负担的情况下扩展了LFA能力边界。
3.1 Molecular recognition strategies for LFAs
该小节详细比较了抗体、适配体和纳米抗体三类识别元件的转化相关属性。作者指出,三者均可达到纳摩尔至皮摩尔级解离常数(K
D),但在生产方式、批间一致性、环境稳定性和监管熟悉度方面差异明显。抗体尤其是免疫球蛋白G(IgG)是LFA的标准识别元件,具备广泛临床先例和监管可接受性,但其性能易受固定取向、表面密度和干燥条件影响,并依赖冷藏保存,容易发生热或化学变性。适配体则是通过指数富集的配体系统进化技术(SELEX)筛选并化学合成的单链核酸,其识别特性由核苷酸序列及构象决定,具有成本低、批间重复性高和常温稳定性好等优势。尽管未经修饰的适配体在生物基质中易受核酸酶降解,但后筛选化学修饰可以改善稳定性并便于偶联。纳米抗体是源自骆驼科重链抗体的单结构域抗原结合片段(VHH),具备分子量小、重组表达产率高、热稳定性和化学稳定性优于全长抗体等特征,可降低冷链依赖并提升现场适应性。作者特别强调,限制适配体和纳米抗体临床转化的关键并非结合能力不足,而是监管先例不足以及由此引发的额外验证负担。
3.2 Platform innovations enabling quantitative and decentralized LFA deployment
该部分总结了推动LFA由定性向定量延伸的平台层创新。传统胶体金因成本低、工艺成熟而仍被广泛采用,但荧光染料、酶和上转换纳米颗粒等新型标记物可在配套读数系统支持下提高灵敏度和动态范围。数字化判读被视为实现定量LFA的关键要素,智能手机或专用读取器能够标准化检测线信号采集,减少人为判读差异,并实现数据存储与远程传输。结合机器学习算法后,系统还可校正光照变化、弱信号以及条带间异质性,直接契合REASSURED框架中的实时互联、用户友好和稳健性要求。多重检测条带设计则可在不增加操作复杂度的前提下同时识别病原体标志物和宿主反应标志物,提高单位检测的信息产出。材料工程方面,对硝酸纤维素膜和垫层结构的优化能够改善流体均一性并降低批内变异,从而支撑高通量或本地化制造条件下的一致性生产。
4. Translational challenges and validation bottlenecks
本节是全文的核心之一,讨论为何许多分析性能优良的LFA难以真正转化为可部署产品。作者提出,LFA从实验室走向现实应用,需要同时跨越临床验证、监管评估和制造一致性三大耦合领域。分子识别层面的创新虽然拓展了可行的检测化学空间,但也往往提高了关于可比性、稳定性和过程控制的证据要求,因此分析成功并不必然导向临床落地。
4.1 Analytical versus clinical validation in LFA deployment
作者首先澄清分析验证与临床验证的本质区别。分析验证回答的是“在标准化条件下能够测到什么”,临床验证则回答“在目标人群和真实工作流程中能否做出准确分类”。对于LFA而言,这一区别尤为关键,因为其常应用于去中心化环境,必然面临生物异质性、样本质量波动和使用者操作差异。文章指出,分析验证通常基于缓冲液体系、构建基质或保存样本,便于评估LOD、分析特异性、精密度和干扰效应;而临床验证则需面对真实样本和不可避免的前分析变量。对于抗体型LFA,多年使用历史已建立起分析性能与临床效用之间的经验联系;但对适配体和纳米抗体LFA而言,由于缺乏足够的预期用途验证数据,研究者往往还需进行额外桥接研究,例如适配体的基质特异性核酸酶稳定性分析,或纳米抗体的批间比较与聚集性评价。
4.2 Regulatory precedent and manufacturing consistency as translational constraints
在监管与质量体系层面,文章强调体外诊断产品的转化并不只受技术本身支配,还必须符合国际质量管理体系与稳定性评价要求,如ISO 13485、ISO 23640以及临床与实验室标准协会(CLSI)EP17等标准。尽管这些框架理论上对识别化学类别保持中立,但历史上多数规范是围绕抗体检测建立的,因此实际接受标准隐含了抗体特有的降解路径、固定方式和稳定性行为。适配体作为核酸类识别分子,其失效可能来自序列降解、二级结构改变、表面固定变化或离子强度依赖性折叠异常,这些并不能被传统蛋白稳定性模板充分覆盖。因此适配体LFA常需要额外设计基于基质的核酸酶稳定性研究,并明确定义货架期声明究竟锚定于序列完整性、结合亲和力还是最终干膜条性能。纳米抗体虽然仍属蛋白范畴,但因缺少Fc区、尺寸更小且常由微生物表达,其验证策略也无法完全照搬IgG体系,开发者可能需要补充批间一致性、聚集状态或电荷变体分析,并与IgG基准产品进行桥接。作者认为,这些障碍本质上反映的是先例不足,而非对新型识别元件的排斥。
4.3 Manufacturing and quality systems as performance preservation
该小节从制造角度论证,LFA性能不仅是设计结果,更是制造过程被“保存”的结果。膜孔径、垫层重叠、干燥时间、湿度、黏合剂使用和装配顺序等细微参数都会影响毛细流动、试剂释放动力学及信号强度。对抗体型LFA而言,这些工艺变量已有长期商业化经验支持;但适配体和纳米抗体体系引入了新的过程敏感性。适配体性能受末端官能化效率、冻干条件和缓冲液组成影响,可能在序列未降解时仍因二级结构变化而失效;纳米抗体则受到表达宿主、折叠效率、纯化条件和偶联策略的制约。作者指出,由于缺乏非抗体识别元件的标准化参考物和功能基准,许多开发者必须自行建立内部验证流程,这增加了研发时间,也削弱了跨机构可比性。
4.4 Validation challenges for rare and neglected diseases
文章进一步指出,在罕见病、被忽视疾病和病因未明疾病中,最大的转化瓶颈常常是临床样本获取,而非检测设计本身。川崎病、MIS-C等缺乏明确分子金标准,诊断主要依赖临床判据,导致样本收集分散且异质性强;被忽视热带病则往往受到暴发驱动采样、基础设施不足和前分析变异的影响。除此之外,生物安全审批、样本出口许可、伦理同意和材料转移协议等因素也会显著拖慢验证进程。结果是,许多早期研究只能依赖保存样本或构建样本完成分析验证,却难以建立真正有说服力的临床性能证据。
5. Case studies and translational patterns
本节通过跨疾病案例分析适配体和纳米抗体LFA的实际发展轨迹。作者选取新发疾病、被忽视疾病以及病因不确定疾病中的代表性研究,考察分析上成功的结合分子是否真正推进为可部署的侧向层析检测。总体结论是:在多种疾病和多类识别元件中,分析可行性通常能够在受控条件下得到证明,但向标准化临床验证和可部署LFA的推进仍较有限;阻碍转化的主要因素反复表现为样本获取、对照定义、制造准备度和监管先例,而非生物化学性能缺陷。
5.1 Analytical properties in formats relevant to LFA development
作者在此综述了与LFA开发直接相关的分析属性,包括敏感度、特异度、LOD以及重复性,并强调这些指标只能作为开发可行性信号,而非部署性能保证。文章列举的代表性案例显示,纳米抗体在COVID-19、寨卡病毒以及动物锥虫病等场景中已经被明确整合进LFA架构。例如,针对SARS-CoV-2刺突S1抗原的纳米抗体-ACE2双金LFA在唾液样本中取得较高灵敏度和特异度,并优于单克隆抗体对照;针对核衣壳蛋白的纳米抗体-金颗粒侧向层析免疫分析(LFIA)也表现出较低LOD和更好的信号-滴度相关性。寨卡病毒NS1纳米抗体LFA则展示了在缓冲液和尿液基质中的分钟级可视检测能力及常温储存活性保持。适配体方面,登革热病毒NS1的适配体-抗体杂合LFA证实了适配体在条带架构中的可行性,但相关研究数量仍明显较少。作者随后进一步指出,大量高质量适配体或纳米抗体研究仍停留在ELISA衍生、光学、电化学或结构分析平台上,虽已证明高亲和力和复杂基质中的识别能力,却尚未进入真正的条带化实现,这正是分析可行性与LFA部署之间的主要转化鸿沟。
5.2 Strategies for diseases of unknown etiology
对于病因未明疾病,作者提出应将生物标志物发现与诊断验证并行推进,而非采取传统的串行模式。文章认为,CKDu、MIS-C和类川崎炎症综合征等疾病由于机制尚未完全解析,若先等待生物学答案再开发检测,将显著延迟转化。相较之下,适配体和纳米抗体由于可在较短时间尺度内完成筛选、优化和功能化,更适合嵌入探索性临床研究流程。作者据此提出整合式发现-验证框架:首先通过蛋白质组学、代谢组学或转录组学识别病例与对照差异分子特征;随后优选靶标并并行生成适配体和纳米抗体;利用现有患者样本开展早期检测测试;再根据新增生物学与分析数据迭代优化靶标和结合分子。文中并给出了CKDu、MIS-C和川崎样综合征中的候选生物标志物例证,如KIM1、IGFBP1、GSTM1、IL1Ra、IL6、CRP异构体、血清淀粉样蛋白A片段和补体成分等,强调这些疾病的诊断价值往往来自跨异质人群中可重复的分子模式,而非单一分子的绝对特异性。此外,文章还总结了若干支撑此类工作的协作基础设施,包括欧洲和英国的DIAMONDS项目、美国儿科炎症研究计划、全球南方CKDu网络以及PRIDE、PeptideAtlas、ProteomeXchange、MassIVE和CPTAC等数据资源平台。
5.3 Comparative synthesis
在综合比较中,作者明确指出,适配体和纳米抗体检测在早期开发阶段所达到的分析表现总体符合诊断研发基准,并不存在由识别元件类别本身导致的系统性分析短板。真正决定其能否走出概念验证的,是疾病背景是否具备明确定义的生物标志物、可靠的对照方法和可获得的临床样本。对于被忽视疾病和病因未明疾病,即使检测化学成熟,也常因验证环境缺失而停留在分析阶段。
6. Discussion and outlook
讨论部分将全文观察提升到更宏观的技术-制度层面。作者认为,现有文献虽然广泛报告了适配体和纳米抗体LFA的灵敏度、特异度、亲和力和重复性,但验证深度差异很大,尤其在对照选择、基质复杂性和从概念验证向下游推进方面并不均衡。因此,决定转化成败的关键不再只是结合分子性能,而是能否被纳入成熟的监管、制造和数据基础设施。
6.1 Technological integration in LFAs
这一小节指出,适配体和纳米抗体正日益被嵌入数字读出、多重化和自动化流体处理等复合检测架构中。外部成像与算法量化使传统条带设计获得数值化输出,多重化策略允许在单一条带上并行检测病原和宿主标志物,纸基-聚合物微流控与卡匣化系统则有望通过预定义流程降低人工操作依赖。这些变化意味着,LFA的执行、读取和数据处理正在快速工程化,而识别化学本身只是整个系统中的一环。
6.2 Regulatory pathway evolution
作者认为,国际监管路径正朝向更加注重性能而非试剂类别的方向演进。无论是世界卫生组织(WHO)预认证,还是美国食品药品监督管理局(FDA)突破性器械计划,其核心都在于以标准化分析、临床和制造要求评价产品。CLSI EP05、EP07、EP17等标准以及ISO 13485等质量体系本质上可适用于多种识别元件。问题在于,不同司法辖区的协调仍不充分,且适配体和纳米抗体尚未在这些路径中积累足够多的实践先例。因此,未来监管进化的重点并非建立针对特定化学类别的“例外通道”,而是提高现有性能导向框架对多样化分子识别模式的包容性。
6.3 Manufacturing at scale
关于规模化制造,作者援引COVID-19期间分布式生产模式的经验,说明区域化设施在共享质量体系和技术转移框架下可以维持诊断生产。适配体可通过固相亚磷酰胺化学合成获得高度可重复的纯度与较低单位成本;纳米抗体则可在大肠杆菌(Escherichia coli)或毕赤酵母(Pichia pastoris)等微生物系统中实现可扩展表达。尽管这些数据支持替代识别元件的制造可行性,但作者也指出,序列验证、二级结构确认以及热和储存稳定性评估在当前实践中的报告并不一致,说明制造放大仍需要更严密的标准化质量保证。
6.4 Priority research and infrastructure gaps
文章最后梳理了未来工作的空白领域。若干世界卫生组织(WHO)重点病原体,如尼帕病毒、拉沙病毒和马尔堡病毒,在适配体或纳米抗体诊断方面的公开研究仍很有限,部分原因在于相关筛选工作需要生物安全三级或四级(BSL-3/BSL-4)设施。与此同时,临床样本库碎片化、元数据标准不统一、跨平台参考物不足,也持续妨碍了可重复验证与实验室间比较。作者提出,应通过全球健康网络和WHO样本库倡议等机制推动协调化样本资源建设,并在大型合作项目中嵌入更一致的分析准备度指标。
6.5 Implementation outlook (2026–2030)
在实施展望中,作者认为未来五年将是LFA评价、制造和部署模式重塑的关键窗口。随着分析方法逐渐成熟,影响转化的重心将转向区域化生产网络、数字化质量管理、协调采购机制以及跨机构性能基准体系。尤其在中低收入地区,本地和区域生产能力将与诊断公平性直接相关。总体上,未来诊断技术的可信度将越来越取决于监管、制造和数据基础设施能否容纳多样化识别元件,而不是某一种识别分子是否拥有更长历史先例。
7. Conclusion
结论部分总结指出,适配体和纳米抗体LFA在受控条件下已反复展现与抗体型体系相当的灵敏度、特异度、稳定性和重复性,因此分子识别模式本身并非主要限制因素。真正决定其能否实现临床部署的,是验证深度、对照方法选择、监管先例、样本可得性和制造环境等与分析亲和力相对独立的因素。文章据此提出一个鲜明判断:下一代LFA的核心挑战不再是继续发现新的识别元件,而是如何将这些元件纳入可比较、可验证、可制造、可部署的体系之中。REASSURED框架在这一背景下具有明确现实意义,因为LFA天然契合可负担、快速、无设备和可交付等目标;适配体与纳米抗体能否真正促进全球诊断公平,将更多取决于验证、监管和制造体系是否能同步演化,以支持跨不同识别模式的性能导向评估。