清华大学生医工学院胡晔（Tony Hu）教授团队专注于工程化多组学、纳米医药、机制驱动的生物标志物发现和检测方法的开发，最终目标是将这些研究成果转化为简单、经济有效的临床前检测方法，以加强疾病筛查并快速准确评估治病效果。本文旨在阐述胡老师团队在2025年发表的研究成果，以期为临床检测提供新的参考。
胡晔教授现任清华大学生物医学工程学院院长、同时也是清华大学兆易讲席教授。胡晔教授已发表180余篇高影响力论文，申请纳米医学领域专利30余项，其中14项获国际公司专利授。基于其深厚的学术积淀，胡晔教授于2023年3月入选美国医学与生物工程学会（AIMBE）会士，同年11月入选美国发明家学院（NAI）院士，2024年6月当选为国际生物医学工程学院（IABME）院士，2025年9月当选为欧洲科学院院士。并于2025年7月获得美国诊断与实验室医学协会（Academy of Diagnostics & Laboratory Medicine,简称ADLM）临床化学特定研究领域杰出贡献奖。胡教授曾经获得的各类荣誉和奖项包括：乔治·阿德鲁尼纪念讲席教授、北美华人临床化学协会创新奖、北美华人临床化学协会杰出研究奖等等。
2025年，胡教授团队发表了一系列高质量原创成果，其中8篇发表在Science/Nature子刊（包括Science Translational Medicine, Nature Biomedical Engineering, Nature Protocols, Nature Communications）。
1. Science Translational Medicine 低成本、便携式试管实验室快速诊断来自呼吸道或血液的结核病样本
为改善结核病（TB）的快速诊断与治疗管理并降低传播风险，亟需适用于高负担、资源有限地区的便携式检测方案。在此，胡晔教授团队开发了一种用于TB诊断的低复杂度的lab-in-tube（LIT-TB）分子检测系统，将样本裂解/灭活、DNA富集、等温扩增（RPA）与CRISPR-Cas12a荧光检测整合进单一封闭式耗材管内，通过机械两段按压实现核酸捕获与转移，减少开盖与移液步骤，从而降低操作者暴露风险并有助于减少交叉污染。系统配套手持读数设备，借助触控界面完成流程控制与自动化图像分析，约1小时可实现sample-to-answer输出，并具备单核苷酸突变识别能力。该平台在标准化样本中的检测下限约为78.1 CFU/mL；在临床验证中，除呼吸到样品外还对血液样品进行检测，对儿童群体中分离的血清游离DNA进行检测，结果表明对肺结核（PTB）与肺外结核（EPTB）表现出较高灵敏度（总体 81%，PTB 83%，EPTB 75%）和良好特异性（94%），并观察到信号随治疗进程下降的趋势，提示该平台不仅可用于诊断，也可能用于疗效监测与随访管理。该系统相较于GeneXpert等平台在设备与检测成本上更低，设备估计低约800美元，单次耗材约2.62–2.70美元，为资源受限地区的推广提供经济可行性。总体而言，该研究将CRISPR检测从实验室流程推进为“封闭式一次性耗材”，体现出明确的创新性与现实落地价值。
论文信息：Youngquist, B., Saliba, J., Kim, Y., Cutro, T., Lyon, C., JOlivo, J., Ha, N., Colman, R., Vergara, C., Garfein, R., Catanzaro, D., Perez-Then, E., Graviss, E., Mitchell, C., Rodwell, T., Ning, B., Hu, T.* Rapid tuberculosis diagnosis from respiratory or blood samples by a low cost, portable lab-in-tube assay. Science Translational Medicine. 2025, 17, eadp6411.
2. Nature Biomedical Engineering 结核分枝杆菌感染的自驱动快速抗原特异性T细胞反应检测
结核分枝杆菌感染的免疫学检测（如干扰素-γ释放试验，IGRA）在临床筛查与人群管理中应用广泛，但其通常依赖实验室条件、检测流程耗时较长，此外，在HIV等免疫受损人群中常因干扰素-γ反应减弱而出现假阴性或不确定结果，从而限制了在高负担、资源受限地区的有效应用。针对上述问题，这项发表在《Nature Biomedical Engineering》的研究提出一种基于微流控芯片的抗原特异性T细胞反应检测（ASTRA），该技术可自动化检测结核分枝杆菌（M.tb）特异性T细胞激活反应，用于识别M.tb感染状态（包括潜伏感染与活动性结核患者中的感染反应），从而实现相关人群的筛查与风险评估。该方法同时优化了免疫学读出策略，并通过微流控集成提升流程自动化与现场可部署性。在生物学层面，ASTRA不再仅以IFNγ为指标，而采用OX-40（CD134）与4-1BB（CD137）等T细胞表面激活标志物作为抗原特异性反应读出，从而在不依赖细胞因子分泌通路的情况下捕捉更广泛的T细胞激活信号；在技术层面，将抗原刺激、细胞捕获、免疫染色与成像计数集成到微流控平台中，把检测窗口压缩至约4小时，并进一步开发“自驱动”芯片，通过滑移结构切换通道连通并结合纳米酶催化产氧推进液体流动，使其更易于现场检测。多队列盲法评估表明，ASTRA对M.tb感染的检测具有高特异性。相较于IGRA，ASTRA在HIV阳性个体中表现出更高的诊断敏感性（93.8% vs 62.6%），在HIV阴性个体中保持相当的诊断敏感性（92.9%），且检测速度更快（约4小时 vs 24–48小时）。此外，研究显示采用微量（约25 μL）全血样本的自驱动ASTRA芯片可获得与既有检测相一致的可比结果。
总体而言，ASTRA有望为M.tb感染相关筛查提供一种更适用于资源受限地区及免疫受损人群的检测方案，并作为多功能平台用于评估其他传染病及免疫治疗干预措施中的T细胞反应。
论文信息：Ning, B., Chandra, S., Pan, Y., Ha, N., Singh, S., Varela, A., Li, L., Wu, Q., Kay, A., Maphalala, G. P., Adu-Gyamfi, C., Longlax, S., Mandalakas, A. M., Lyon, C., Graviss, E. A., DiNardo, A. R., Hu, T.* Self-powered rapid antigen-specific T-cell response assay for Mycobacterium tuberculosis infections. Nature Biomedical Engineering. 2026, 10, 69–79.
3. Nature Protocols 液体活检中检测试剂直接递送至细胞外囊泡用于生物标志物分析
细胞外囊泡（EVs）在血液等体液中广泛存在，它们携带着来源细胞的RNA、DNA和蛋白信息，是反映疾病状态的重要“分子信使”，但过去对血液EVs的分析往往受限于耗时、操作复杂的EVs分离、纯化流程，限制了临床和大规模应用。胡晔教授团队联合美国杜兰大学宁波教授在《Nature Protocols》提供了一个可复现的脂质体–细胞外囊泡融合（Liposome–EV Fusion）+ CRISPR 分子诊断体系。该方法用抗体在血样中捕获EVs，再用装载检测试剂的脂质体与EV膜融合，把试剂递送进EV内部，从而在患者样本中直接实现囊泡内RNA的灵敏检测与CRISPR核酸检测。该方法具有模块化特征，可结合不同扩增、读出方式，并通过更换引物与CRISPR导向RNA等适配不同靶标，该方法最初用于EV包裹病毒RNA的感染诊断，随后被多团队用于mRNA、miRNA、DNA及突变、甚至EV表面蛋白等肿瘤样本分析。
Liposome–EV Fusion通过捕获EV→脂质体融合递送→EV内核酸检测→信号读出，实现癌症、感染性疾病与神经系统疾病的诊断、预后与疗效监测，对推动科研成果服务公共健康与精准医疗具有重要意义。
论文信息：Ning, B., Chen, L., Youngquist, B.M., Lyon, C.J., Su, Y., Hu, T.* Direct delivery of assay reagents to extracellular vesicles in liquid biopsies for biomarker analysis. Nature Protocol. 2025, in press.
4. Nature Communications 通过多引导RNA Cas12a检测病原DNA，偏向转裂解而非顺裂解的高灵敏检测方法
大多数CRISPR检测因工作流程复杂且验证有限而缺乏临床实用性，因此亟需一种更简化、可现场实施且经大样本验证的检测方案（ActCRISPR-TB）。在本星空体育网站 星空体育首页文中，胡晔教授与合作团队提出一种简化的“一锅法”不对称CRISPR结核病检测方案：将重组酶聚合酶等温扩增（RPA）与Cas12a检测整合于同一管内反应，并通过多gRNA组合实现对结核分枝杆菌特异靶序列的高灵敏检测。该方法把gRNA的筛选与设计从“能否激活Cas12a”推进到“使Cas12a更偏向切报告分子（trans）而非切扩增产物（cis）”这一机制，从而减少扩增子降解、缓解一锅反应中扩增与切割的互相牵制，显著改善反应动力学与信号输出。该体系可在60分钟内达到5 copies/μL的检出限，并可在15分钟内检出阳性患者样本；在临床验证中，该方法对603份临床样本进行了系统评估，成人呼吸道、儿科粪便及成人脑脊液样本灵敏度分别为93%、83%和93%，并检出64%的临床诊断结核性脑膜炎病例；此外，与采集的舌拭子的最敏感参考检测相比，该检测实现了完全特异性和更高的灵敏度（74% vs. 56%），当转换为侧流检测格式并用于分析自采舌拭子样本时，其检测性能表现相当。基于这些结果，ActCRISPR-TB展示了在资源受限地区开展快速检测、降低侵入性取样门槛并支持现场筛查的应用前景。
论文信息：Huang, Z., Song, Z., Zeng, J., Liu, X., Fang, M., Chen, Y., Li, D., Huang, H., Fu, L., Xu, P., Ning, B., Lyon, C., Fan, X., Lu, S., Hu, T.* Sensitive pathogen DNA detection by a multi-guide RNA Cas12a assay favoring trans- versus cis-cleavage. Nature Communications. 2025, 16, 8257.
5. Nature Communications 利用群体关联模型和机器学习增强多重耐药微生物的诊断
耐药菌株常呈现多药耐药性，使不同药物的耐药表型高度共现，而传统按单药耐药开展的关联分析容易把这种共现误判为跨药物关联，产生交叉耐药假阳性。这项发表在Nature Communications期刊上的研究报道了群组关联模型（Group Association Model, GAM），用于从基因组数据中更准确地找出“基因变异—药物耐药”关系，并与机器学习结合提升预测能力。
GAM的关键创新性在于按菌株完整耐药谱进行分组后再做关联分析，从而在不依赖先验知识的前提下，降低多药共现带来的混淆并减少交叉耐药“假阳性”；同时将GAM筛出的高置信特征输入机器学习模型，使其在样本量较小或表型不完整时仍能保持较好的预测结果。通过对7,179株结核分枝杆菌分离株进行GAM分析，该模型为所有检测药物识别出基因星空体育网站 星空体育首页靶点，与依赖专家规则的WHO突变目录方法相比，整体表现相当但交叉耐药伪阳性更少。在3,942株金黄色葡萄球菌上也获得较高预测准确度，证明该方法具有一定的可泛化性。研究进一步在临床中进行验证，对来自三个地点的427株结核临床分离株进行分析，结果表明GAM产出的特征用于机器学习预测比WHO目录特征更适配。总体而言，GAM在机器学习的辅助下有望为“基于测序的耐药谱快速判读”提供更准确的统计预测模型，既可辅助完善耐药突变目录，也可在资源受限或数据不完备的临床检测中提升耐药预测效果，为治疗决策提供更可靠依据。
论文信息：Saliba, J. G., Zheng, W., Shu, Q., Li, L., Qu, J., Xie, Y., Ying, B., Huang, H., Lyon, C. J., Hu, T.* Enhanced diagnosis of multi-drug-resistant microbes using group association modeling and machine learning. Nature Communications. 2025, 16:2933.
6. Nature Communications 用于高通量检测细菌感染的转移性循环肿瘤细胞的力学表型芯片
部分肿瘤驻留细菌可诱导宿主细胞骨架重塑并改变细胞力学性质，使携带细菌的循环肿瘤细胞（CTCs）在血流剪切应力下更易存活，从而促进肿瘤细胞的转移。因此，对CTCs的力学表型及胞内细菌负载进行检测将有望更早预测肿瘤转移风险并指导抗菌干预。清华大学胡晔教授团队和南京大学宋玉君教授团队联合提出了微流控芯片LesM，旨在通过细胞的生物力学特征高效捕获并区分感染细菌的CTCs。这一通过细胞变形能力评估CTCs转移潜力的新方法，结合荧光标记技术实现了对细菌感染CTCs的高灵敏度检测。LesM利用L形陷阱实现单细胞捕获，每个陷阱由钩形捕获区和变形通道构成，刚性较高的非细菌感染CTCs被阻滞在钩形区，而细菌感染CTCs更易变形并可穿越狭窄通道，从而实现对感染/未感染细胞的区分，同时结合细菌荧光标记实现对胞内细菌信号的确认与定量。该平台在体内实验中，小鼠模型体内肿瘤切除前清除肿瘤内细菌可降低血中携菌CTCs并减轻转移；在临床样本分析中，乳腺癌远处转移患者组的细菌感染CTCs检出率达100%，ROC曲线分析显示其预测远端转移的曲线。LesM芯片解决了传统循环肿瘤细胞检测 “重数量、轻质量”的痛点，在辅助临床决策、评估抗生素治疗保护效果以及预测肿瘤复发方面的卓越价值。
论文信息：Luo, W., Gao, Y., Feng, S., He, B., Li, J., Yang, J., Yin, Y., Wang, M., Xue, B., Cao, Y., Hu, T.*, Song, Y.* A Mechanophenotyping chip for high-throughput detection of metastatic bacteria-infected circulating tumor cells. Nature Communications. 2026, 17, 1412.
7. The Journal of Clinical Investigation CRISPR介导的耶氏肺孢子菌转录本检测，用于肺孢子菌肺炎诊断的支气管肺泡灌洗液、口咽和血清标本分析
肺孢子菌肺炎（PCP）在免疫抑制者与婴幼儿等人群中危害显著，但临床确诊往往依赖支气管肺泡灌洗液（BAL）等侵入性样本，获取困难且可能延误诊断。此外，传统以基因组DNA为靶标的PCR检测容易将“定植”一并检出，而临床上又缺乏统一阈值来可靠区分定植与活动性感染。针对这些问题，胡晔教授与杜兰大学Jay K. Kolls教授团队提出RT-PCR与CRISPR-Cas12a联合的转录本检测策略（RT-PCR–CRISPR）：先对阶段相关mRNA进行RT-PCR扩增获得靶片段，再用Cas12a/gRNA进行二次序列特异识别，并利用Cas12a旁切效应切割荧光报告分子实现信号放大，从而提高低负荷样本检测的可能。该方法将与感染活跃阶段更相关的mRNA作为检测靶标以增强对活动感染的指向性，并结合CRISPR的二次特异识别与放大读出能力，使Nad4的检出限达到0.1 copies/µL，较对应的RT-PCR检测提升约100倍。在临床验证中，相较常规RT-qPCR，RT-PCR–CRISPR用于口咽拭子样本时在婴幼儿人群中表现出更高的灵敏度与特异度；在成人疑似PCP血清样本中，其灵敏度达93.3%，明显优于RT-qPCR（26.7%）。总体而言，RT-PCR–CRISPR检测策略有望降低对BAL取样的依赖、加速PCP早期筛查与分层诊疗，并可进一步拓展为单样本多病原体联合检测方案，为资源受限地区的临床检测与诊断提供有效方法。
论文信息：Youngquist, B., Pungan, D., Dai, G., Abdelgallel, Y., Lyon, C., Ning, B., Husain, S., Kolls, J., Hu, T. CRISPR-mediated detection of Pneumocystis transcripts in bronchoalveolar, oropharyngeal, and serum specimens for Pneumocystis pneumonia diagnosis. The Journal of Clinical Investigation. 2025, 135(8): e177241.
8. Nature Communications 通过滚环扩增-扩展显微镜术对单个外泌体成像
细胞外囊泡（EV）被视为液体活检的重要载体，但其纳米尺度、低丰度标志物与高度异质性，使得传统整体检测与常规显微成像难以在单颗粒层面提供可信的分型与定量。2025年发表在Nature Communications上的研究提出一种结合滚环扩增与扩展显微技术（RCA–ExM）的单个EV成像与多组学分析方法。通过RCA放大开关发夹探针识别到的EV膜蛋白，再利用EV-脂质体融合把分子信标和DSN放大体系送入囊泡内，检测腔内miRNA-21，最后利用带荧光团和Acrydite标记的报告探针与RCA产物结合并固定到水凝胶中，使单颗EV在普通荧光显微镜下获得“超分辨”可视化。
该方法将分子放大与物理放大相结合，实现蛋白与腔内miRNA的同颗粒共检，从而更精细地解析EV异质性。通过RCA–ExM技术对临床样本集（n=86）中EpCAM+ PD-L1+血浆EVs内miRNA-21水平的定量分析，不仅区分癌症与健康人，癌症患者的免疫治疗分组比较中实现近乎完美的判别（PR/SD/PD两两比较AUC=1.00）。该方法还可通过替换适配体和分子信标快速迁移到其他疾病相关EV标志物体系，在更敏感诊断与治疗监测方面具有应用潜力。
论文信息：Wu, J., Dou, Q., Mao, M., Wan, X., Hu, T.*, Zhang, Y.* Single extracellular vesicle imaging via rolling circle amplification-expansion microscopy. Nature Communications. 2025, 16:7498.
9. Nature Communications 热程序化一锅法CRISPR检测用于现场疫情监测
人畜共患病与猴痘等新发疫情提醒我们，现场分诊需要更快、更准、且操作简单的核酸检测。胡晔教授与合作团队提出一种热调控异步CRISPR增强检测法（TRACE），旨在实现更快速、敏感且简便的现场核酸检测。该方法将温度程序和可逆RNA阻断相结合。该工作的主要创新性在于TRACE结合了两阶段的CRISPR反应，在第一阶段使用Cas12a检测宿主基因RNase P作为内控，第二阶段则用Cas12b检测病原体，进一步提高了多重靶标检测的灵敏度，减少了多重反应中的串扰。
实验结果显示，TRACE方法的检出限可达到2.5 copies/次，相较于传统的一锅CRISPR方法，其检出限降低了约40倍，在临床样本中的检测准确率高达99.5%，多数样本11分钟内完成猴痘病毒检测。TRACE还具有显著的成本优势，每次检测的费用约为传统qPCR的一半。此外，通过优化配套的裂解和冻干技术，使得此方法可以在常温下保存，并支持侧向层析检测，适用于资源匮乏地区的疫情监测与公共卫生预警。
论文信息：Huang, Z., Dong, Y., Yang, Y., Han, X., Wang, F., Lyon, C., Ding, S., Peng, Y., Zhang, G., Hu, G., Huang, H., Yang, L., Zhao, G., Fan, X., Lu, S., Hu, T.*, Wang, J.* Thermally programmed one-pot CRISPR assay for on-site pandemic surveillance. Nature Communications. 2025, 16, 10286.
10. Journal of Infection 基于血液的儿童结核病诊断：南非和多米尼加共和国的前瞻性队列研究
儿童结核病由于取痰困难且多为少菌型，现有以痰标本为主的培养和核酸检测在儿童中灵敏度受限，导致大量患儿漏诊并延误治疗。针对这一痛点，《Journal of Infection》期刊上报告了一种基于Mtb抗原衍生的肽（MAP-TB）检测：利用免疫亲和富集结合液相色谱-串联质谱，在胰蛋白酶消化后的血清中直接检测结核分枝杆菌特异性CFP10来源肽段（CFP10pep）信号，用于无痰诊断并探索疗效监测。该方法以“病原体抗原肽”而非宿主免疫反应作为读出，配合超灵敏质谱判定标准，提高了在少菌负荷、肺外及“未确诊但高度疑似”患儿中的检出能力。该研究在南非和多米尼加两个人群队列中验证了MAP-TB检测，它对南非队列总体敏感度81.7%，多米尼加队列总体敏感度81.6%，明显优于南非队列的培养法（43.9%）和Xpert检测（22.0%），而且对“未确诊但疑似结核”的病例也能较好检出（南非约80.5%）。特异性受年龄影响，多米尼加队列特异性达到98.1%，但南非更年幼队列则仅约84%；若排除一些最终好转、可能并非结核的“类似症状对照”，特异性可提高到95.8%，说明婴幼儿或对照组可能存在隐匿/早期TB或年龄相关因素导致特异性下降，需进一步优化阈值并随访验证。在疗效监测上，接受规范治疗且症状改善的患儿其CFP10pep信号在随访中下降，反应不佳者更常见信号升高，显示MAP-TB有望作为客观的疗程反应指标。
论文信息：Li, L., Mao, L., van der Zalm, M. M., Olivo, J., Liu, S., Vergara, C., Palmer, M., Shu, Q., Demers, A., Lyon, C. J., Goussard, P., Schaaf, S., Hesseling, A. C., Nachman, S., Perez-Then, E., Mitchell, C. D.*, Ghimenton, E.*, Hu, T.* Blood-based diagnosis of pediatric tuberculosis: a prospective cohort study in South Africa and Dominican Republic. Journal of Infection. 2025, 90(2):106404.