InnoScan 生物芯片掃描儀在糖生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

近幾年，聚糖陣列已成為糖生物學(xué)研究的常規(guī)工具，與傳統(tǒng)的微孔板方法相比，聚糖陣列具有實(shí)驗(yàn)體系微量和多指標(biāo)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，極大節(jié)省樣品和試劑的消耗，同時(shí)結(jié)合 InnoScan 生物芯片掃描儀，可進(jìn)行自動(dòng)化和高通量的數(shù)據(jù)結(jié)果分析。本文匯總了近幾年 InnoScan 生物芯片掃描儀在聚糖和凝集素陣列的相關(guān)應(yīng)用。
 

聚糖陣列基礎(chǔ)知識(shí)：聚糖在細(xì)胞生物學(xué)中的重要性是眾所周知的。聚糖和其他生物分子（尤其是聚糖結(jié)合蛋白，GBP）之間的相互作用已被證明可以調(diào)節(jié)細(xì)胞與基質(zhì)之間的相互聯(lián)系，以及感染期間病原體與宿主相互作用等生物學(xué)過(guò)程。糖生物學(xué)主要研究聚糖以及糖蛋白質(zhì)和糖脂的結(jié)構(gòu)和功能，其一個(gè)主要分支是研究聚糖與其他分子（蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等）之間的相互作用。傳統(tǒng)研究聚糖分子相互作用的方法多基于孔板實(shí)驗(yàn)，例如 ELISA 實(shí)驗(yàn)，測(cè)試一種聚糖與不同濃度聚糖結(jié)合分子的相互作用。盡管基于孔板的實(shí)驗(yàn)具有高特異性和高靈敏度，但受限于一次只能檢測(cè)一種聚糖的相關(guān)指標(biāo)，并由于聚糖和糖復(fù)合物結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，有必要測(cè)試幾種聚糖，這使得基于孔板的測(cè)定成本很高，需要單次實(shí)驗(yàn)測(cè)試多種聚糖的高通量方法來(lái)解決這一問(wèn)題。而微陣列點(diǎn)印方法可有效實(shí)現(xiàn)多指標(biāo)的同步檢測(cè)，也就是在一張芯片上同時(shí)檢測(cè)多個(gè)樣本和多個(gè)指標(biāo)。聚糖陣列已成為篩選聚糖與其他分子相互作用的常規(guī)技術(shù)。澳大利亞格里菲斯大學(xué)研究所的糖組學(xué)芯片平臺(tái)，使用微陣列技術(shù)進(jìn)行糖結(jié)合蛋白的高通量篩選，使用 InnoScan 1100 AL 掃描儀，完成芯片的自動(dòng)化掃描，檢測(cè)聚糖與聚糖結(jié)合蛋白之間的相互作用(1)
 

Figure 1. Glycanarray workflow: Refer to the text for explanation 

圖1:A)使用微陣列點(diǎn)樣儀將聚糖或凝集素固定在功能化玻璃載玻片上。固定通過(guò)共價(jià)結(jié)合或吸附固定，具體取決于基片的表面性質(zhì)。B)聚糖結(jié)合分子（GBP、病毒、細(xì)胞或其他分子）與微陣列芯片孵育。（C）聚糖結(jié)合蛋白和聚糖之間相互作用：通過(guò)熒光染料進(jìn)行檢測(cè)，聚糖結(jié)合蛋白可在孵育步驟之前與熒光基團(tuán)偶聯(lián)，或者在孵育后，加入針對(duì)聚糖結(jié)合分子的熒光標(biāo)記抗體進(jìn)行結(jié)合。D)微陣列掃描儀掃描熒光信號(hào)，Innopsys 掃描儀是自動(dòng)化熒光檢測(cè)的理想工具，能夠同時(shí)檢測(cè)兩種或三種熒光染料。E) 使用 Mapix 軟件對(duì)圖像進(jìn)行分析及量化熒光信號(hào)（可選擇動(dòng)態(tài)范圍104或拓展到106）

 

應(yīng)用案例：聚糖陣列成為篩選GBP的標(biāo)準(zhǔn)工具，其應(yīng)用范圍非常廣泛，從病毒診斷到癌癥研究和疫苗開(kāi)發(fā)（圖 2）。
 

圖2：Innopsys 用戶聚糖陣列的主要應(yīng)用

病毒親和力測(cè)定：聚糖陣列可用于表征和監(jiān)測(cè)流感病毒。美國(guó) Scripps 研究所的 McBride 等人開(kāi)發(fā)了一種具有48個(gè)陣列的芯片，可同時(shí)檢測(cè)6種不同聚糖以及6種聚糖結(jié)合蛋白在8種稀釋度下的相互作用，以監(jiān)測(cè)甲型流感病毒與血凝素的親合力。測(cè)定結(jié)果與傳統(tǒng)微孔板方法的結(jié)果相當(dāng)，但化合物和生物制品的消耗分別減少1500倍和360倍。Scripps 研究所使用 InnoScan 1100AL 進(jìn)行聚糖陣列分析，采用三熒光通道同時(shí)進(jìn)行掃描，來(lái)同時(shí)檢測(cè)芯片上的三種不同樣品。在芯片制備過(guò)程中使用 Atto488-NHS 染料作為網(wǎng)格標(biāo)記；采用鏈霉親和素-555標(biāo)記具有已知特異性的生物素化凝集素作為對(duì)照樣本；最后，使用 Alexa 647 標(biāo)記的抗體來(lái)檢測(cè)甲型流感病毒與血凝素受體的結(jié)合特異性。

免疫學(xué)研究：聚糖已被證明參與病原體的免疫過(guò)程。對(duì)免疫細(xì)胞的聚糖分子進(jìn)行研究，結(jié)果顯示不同物種之間的聚糖結(jié)構(gòu)存在差異。Scripps 研究所的 Paulson 教授團(tuán)隊(duì)使用凝集素陣列來(lái)研究小鼠和人類兩個(gè)物種的免疫特異性，研究結(jié)果表明不同物種的B細(xì)胞成熟機(jī)制存在差異(3)。即使兩個(gè)物種淋巴組織形成CD22的最終結(jié)果相同，但小鼠和人類B細(xì)胞成熟的過(guò)程明顯不同，這與每個(gè)物種CD22聚糖結(jié)構(gòu)的特異性有關(guān)。借助聚糖陣列，Paulson 教授團(tuán)隊(duì)首次表明人類CD22偏好硫酸化聚糖，而鼠類CD22偏好唾液酸聚糖。

細(xì)胞生物學(xué)研究：細(xì)胞糖基化分析對(duì)于了解碳水化合物對(duì)細(xì)胞的功能和作用十分重要。斯洛伐克科學(xué)院糖生物學(xué)系的 Katrlik 博士團(tuán)隊(duì)使用凝集素細(xì)胞微陣列來(lái)研究顆粒細(xì)胞的糖萼。首先在固定有不同凝集素的水凝膠載玻片上建立凝集素陣列，然后在載玻片上培養(yǎng)細(xì)胞來(lái)研究細(xì)胞糖萼和凝集素之間的相互作用(4)。使用 InnoScan 710 掃描儀，可以研究細(xì)胞糖萼與不同濃度凝集素的親和力，從而確定細(xì)胞的糖基化程度。這種方法的優(yōu)勢(shì)在于能夠在檢測(cè)過(guò)程中使用活細(xì)胞，從而降低聚糖提取過(guò)程中糖綴合物修飾的風(fēng)險(xiǎn)。

聚糖和糖綴合物是多種細(xì)胞生物學(xué)過(guò)程的調(diào)節(jié)分子，例如細(xì)胞分化和免疫。由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及在單個(gè)實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)試多種聚糖分子，因此糖組學(xué)研究需要高通量技術(shù)。糖組學(xué)微陣列分析正在成為一種常規(guī)方法，因?yàn)樗�可在一張載玻片上同時(shí)檢測(cè)數(shù)百種聚糖。由于其微型化的檢測(cè)能力，聚糖陣列可以最大限度地減少珍貴樣品和試劑的消耗，從而降低實(shí)驗(yàn)成本。InnoScan 掃描儀是聚糖陣列熒光檢測(cè)的最佳工具，可同時(shí)檢測(cè)兩種或三種染料標(biāo)記的樣本，同時(shí)配備有24張玻片自動(dòng)進(jìn)樣器，以滿足糖組學(xué)分析所需的自動(dòng)化和高通量要求。

參考文獻(xiàn)：
1)Glycomics Array Facility, Institute for Glycomics, Griffith University Website: https://www.griffith.edu.au/science- aviation/institute-glycomics/facilities/glycan-array
2)McBride R., et al. AMiniaturized Glycan Microarray Assayfor AssessingAvidity and Specificity of Influenza AVirus Hemagglutinins. J.Vis. Exp.(111), e53847, doi:10.3791/53847 (2016)
3)Macauley M.S., et al. Unmasking of CD22Co-receptor on Germinal Center B-cells Occurs by Alternative Mechanisms in Mouse and Man. J.Biol. Chem. 290(50):30066-30077, doi: 10.1074/jbc.M115.691337 (2015)
4)Accogli G., et al. Alectin-based cell microarray approach to analyze the mammalian granulosa cell surface glycosylation profile. Glycoconj J.33(5):717- 24. doi: 10.1007/s10719-016-9666-2 (2016)
 

Innopsys 成立于1999年�？偛课挥诜▏�(guó)，一直致力于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域相關(guān)儀器和軟件的自主研發(fā)和生產(chǎn)。Innoscan 系列掃描儀，采用先進(jìn)共聚焦PMT檢測(cè)器和多激光掃描光路，可以同時(shí)進(jìn)行多通道熒光檢測(cè)。不僅有效降低了熒光光漂白現(xiàn)象以及信號(hào)損失，還可以有效縮短掃描時(shí)間。在基因組和蛋白組表達(dá)，基因突變，SNP檢測(cè)，CGH，細(xì)菌病毒檢測(cè)，腫瘤特異性標(biāo)志篩查，病理組織篩查等方面都有非常廣泛的應(yīng)用。 

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