新一代平行分析的SPR生物傳感器

                                           新一代平行分析的SPR生物傳感器
摘要：基于表面等離子體共振的生物傳感器是一種非標(biāo)記的，實(shí)時生物分子相互作用檢測工具。由于技術(shù)的限制，早先的SPR技術(shù)采用順序分析的方式�，F(xiàn)在，最新一代的SPR儀采用平行分析的方式，單次進(jìn)樣就可以測定1－6對相互作用的動力學(xué)。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，平行分析具有數(shù)據(jù)質(zhì)量好、基線聯(lián)動和通量高的優(yōu)點(diǎn)。

表面等離子體共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）技術(shù)研究生物分子以及和小分子藥物之間的相互作用，具有非標(biāo)記、實(shí)時檢測和樣品用量小的特點(diǎn)，因而在基礎(chǔ)生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)研究和藥物開發(fā)中應(yīng)用越來越廣泛 ，幾乎成為研究生物分子相互作用必不可少的一種方法。
基于SPR技術(shù)的生物傳感器，只有大約20年的歷史。根據(jù)美國Utah大學(xué)David Myszka教授的相關(guān)文獻(xiàn)，我們可以將SPR生物傳感器的發(fā)展劃分成5代，其中最先進(jìn)的一代傳感器具有高通量和平行分析的特點(diǎn) 。美國Bio-Rad公司最新推出的一款ProteOn XPR36蛋白相互作用陣列系統(tǒng)，就是其中的優(yōu)秀代表，本文將著重介紹它的技術(shù)特點(diǎn)以及給互做研究帶來的提升。
與傳統(tǒng)的SPR生物傳感器一樣，最新一代技術(shù)也是將一個分子固定在芯片上，叫做ligand，另一個分子在溶液中流過ligand，叫做analyte。所不同的是兩者的工作方式。以Bio-Rad公司的ProteOn XPR36系統(tǒng)為例，它有一套非常獨(dú)特的流動池，稱之為MCM（Multi- Channel Module）。MCM上有6條平行的凹槽，它先以垂直方向扣在芯片表面上，就形成了垂直方向上的6條平行通道，用以標(biāo)記ligand，如下圖“Step 1”。隨后MCM旋轉(zhuǎn)90°后再芯片表面結(jié)合，就形成6條與原先交叉的通道，可以同時流過6個不同濃度的analyte，如下圖“Step 2”。這樣兩組通道交叉形成36個互做位點(diǎn)，如下圖“Step 3”所示，可以實(shí)現(xiàn)一次analyte注入就完成它和最多6個ligand結(jié)合的動力學(xué)常數(shù)（Kon、Koff）和解離平衡常數(shù)（KD）的測定 ，而無需反復(fù)再生ligand。這種分析方式就稱之為平行分析。而此前的SPR傳感器芯片上不管有多少位點(diǎn)，都只能一次讓一個濃度的analyte溶液流過芯片，叫做順序分析。
 



很多人會直觀地認(rèn)為，平行分析極大提高了通量。這固然不錯，但除了一些藥廠進(jìn)行藥物篩選以外，對于大多數(shù)實(shí)驗室而言，平行分析的最大好處是方便了實(shí)驗條件的摸索，提高了數(shù)據(jù)質(zhì)量。傳統(tǒng)的SPR傳感器采用順序分析，一次注入一個濃度的analyte，在兩次注入之間，需要用酸、堿、高濃度鹽等試劑把和ligand結(jié)合的analyte全部洗脫下來，叫做再生。再生條件的摸索經(jīng)常是一件很困難的事，過于溫和的試劑不能洗脫干凈，強(qiáng)烈一些的試劑又很容易破壞ligand，從而使最終動力學(xué)數(shù)據(jù)與實(shí)際發(fā)生偏離，有時偏離還非常明顯，相差可達(dá)100倍以上。

平行分析的另外一大好處是基線聯(lián)動，使基線更平穩(wěn)，信號更準(zhǔn)確。對于通過捕獲方式標(biāo)記ligand或者存在明顯非特異性反應(yīng)的實(shí)驗來講，基線是不平的，而且每次再生后的基線漂移水平都不一樣，很難通過一個固定的校準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)。而ProteOn系統(tǒng)采用的平行分析方式，可以在流過樣品的同時，留出一個通道走緩沖液，觀察基線漂移的情況，然后通過軟件處理實(shí)時校準(zhǔn)基線，就能得到基線平穩(wěn)的、不含非特異性反應(yīng)的信號。下圖就是一個抗體篩選的例子。芯片上首先標(biāo)記抗小鼠IgG，用來捕獲培養(yǎng)上清中的單抗，然后流過抗原，測量單抗和抗原的結(jié)合力。因為單抗和抗原在結(jié)合的時候，單抗本身還在跟芯片上的IgG逐漸解離，使基線不斷降低，而且降低的速率在不同的時間也不均勻；所以只有通過基線聯(lián)動，才能知道什么時候基線在什么位置，如下左圖，從而通過軟件校準(zhǔn)基線，如下右圖。如果用傳統(tǒng)的SPR傳感器反復(fù)再生，就無法保證每次注入時的基線漂移完全一樣，自然也就得不到準(zhǔn)確的結(jié)果。 

 

總之，新一代SPR生物傳感器突破了傳統(tǒng)的順序分析模式，提高了數(shù)據(jù)質(zhì)量，加快了分析速度，而且還可以降低使用成本。它把廣大科研工作者從條件摸索的繁瑣勞動中解放出來，從而得到了科研工作者的青睞。