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Technique Support
技術應用
SPR檢測技術在相關領域的產品應用現狀
來源:
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作者:英柏研發(fā)部
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發(fā)布時間: 2018-08-31
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《表面等離子共振檢測技術簡介與進展》第三部分
1. 生物科研領域
自1990年第一臺基于表面等離子共振原理(SPR)檢測產品問世以來，分子相互作用分析系統以其獨特的視角揭示了蛋白質、核酸等多種生物分子之間的相互作用。通過實時、全面、無需標記的分析手段對分子結合過程加以研究，幫助了科學家們更深刻地理解了生物分子之間的相互作用和這些作用所承載的生物學功能。因此在生命科學中扮演越來越重要的作用。到目前為止，蛋白結構與功能之間關系的研究70%以上是通過SPR檢測技術來完成的。
SPR分析技術可以在各種化學環(huán)境下進行，尤其是能夠分析各種條件下的結合解離動力學的過程和相關的結合解離常數等數據；為分析結合反應的機理提供很多依據。例如，在蛋白質-DNA結合反應分析中，特異性結合和非特異性結合的區(qū)別之一就在于它們對離子強度的依賴特點。非特異性結合的親和性對離子強度有更大的依賴性，因為DNA的骨架中磷酸根負離子對靜電引力貢獻很大。通過分析在不同溫度下結合速率和親和常數的變化，可以提供一些反應的熱力學參數信息。除了著名的范德霍夫圖，結合和解離的速率對溫度有很大的依賴性，因此可以為反應過程的活化能的測量提供寶貴的數據[6]。
2. 新藥開發(fā)和蛋白質組學上的應用
生物醫(yī)藥是以現代生命科學為基礎，結合基因工程、細胞工程、酶工程、蛋白質工程、發(fā)酵工程等手段，從生物體或其組織、細胞、體液中提取得到用于疾病預防、治療和診斷的藥物總稱。在以美國為代表的發(fā)達經濟體，生物醫(yī)藥已成為創(chuàng)新藥的主體。如1986-2014年，美國FDA批準的125個治療性藥物中，抗體、酶類、干擾素、集落、造血刺激因子和肽類等生物醫(yī)藥95個，占全部批準藥物中的76%。由此可見，生物蛋白類藥物的開發(fā)目前已經成為目前醫(yī)藥領域的主要方向之一。
生物蛋白類藥物開發(fā)主要分為集中在兩個方面：一是新功能的藥物作用靶點的發(fā)現和機制研究；二是篩選能作用于細胞，蛋白等上面已知功能結合靶點的小分子藥物，多肽，抗體等結合物。SPR分析技術由于能它能夠分析藥代過程中的結合解離常數等數據，提供大量關于候選藥物與其靶標的作用信息，再加上微陣列等新技術結合，能夠在藥物開發(fā)的各個階段揭示藥物機理作用和高通量的篩選各個化合物，大大縮短常規(guī)藥物的開發(fā)時間和成本。目前，SPR分析技術已經成為藥物篩選等研發(fā)過程中的主要技術之一。例如，Geschwindner 等采用SPR篩選以蛋白片段為靶標的小分子活性化合物，比傳統檢測方法得到更多的活性物質，且SPR方法的Z-factor(為0. 67) 遠高于傳統的檢測方法(為0. 37) ，說明SPR篩選方法所得結果更穩(wěn)定可靠。G蛋白偶聯受體( GPCRs) 是細胞信號傳導中的重要蛋白質，其拓撲構象為7次跨膜的受體，同源性較低，當膜外的配體作用于該受體時，該受體的膜內部分與G蛋白相互結合，激活G蛋白。大多數的細胞激素和神經遞質細胞內外的交流通過GPCR信號通路完成，藥物作用于GPCRs從而達到治療目的。迄今已發(fā)現作為治療藥物靶點的蛋白總數約500 個，而GPCRs靶點占其中受體的絕大多數，很多科研工作者先后進行了用SPR技術篩選GPCR配體及藥物的研究。劉翠等利于SPR技建立了分別以DNA、RNA 和POT1 蛋白、Aβ 蛋白等為靶標的小分子藥物篩選模型，可對源源不斷新合成的化合物進行初步的活性篩選，為化合物的進一步開發(fā)研究提供了非常有參考價值的實驗數據[7]。
3. SPR 技術在食品安全領域的應用
由于SPR分析技術可以實現高通量、高精確度、快速篩查及定量分析等目標，其在食品安全領域的應用也得到大量的研究。Revoltellal等利用酶聯免疫( ELISA) 技術、放射免疫( RIA) 技術與SPR分析技術對同一種農藥( C8H6C12 O3) ( 2,4D) 進行檢測對比分析，認為SPR 生物傳感器具有以下優(yōu)點：體積小，成本低，響應快，靈敏度高，實時在線檢測和抗干擾能力強。該方法的檢測范圍為0.001-1.000mg /L，因此，非常適合用于現場的農藥殘留檢測 [8]。Rasooly等以SPR分析技術為基礎，采用雙抗體夾心法，快速檢測出了食物中葡萄球菌腸毒素B( SEB) 的濃度，最低檢測限為10ug /L [9]。Massimiliano 等人建立了利用生物傳感器檢測黃曲霉毒素的方法，該方法的檢測限能夠達到1.67μg /kg，與常規(guī)的分析方法相比，能夠大大縮短檢測時間，提高檢測效率[10]。
自1990年第一臺基于表面等離子共振原理(SPR)檢測產品問世以來，分子相互作用分析系統以其獨特的視角揭示了蛋白質、核酸等多種生物分子之間的相互作用。通過實時、全面、無需標記的分析手段對分子結合過程加以研究，幫助了科學家們更深刻地理解了生物分子之間的相互作用和這些作用所承載的生物學功能。因此在生命科學中扮演越來越重要的作用。到目前為止，蛋白結構與功能之間關系的研究70%以上是通過SPR檢測技術來完成的。
SPR分析技術可以在各種化學環(huán)境下進行，尤其是能夠分析各種條件下的結合解離動力學的過程和相關的結合解離常數等數據；為分析結合反應的機理提供很多依據。例如，在蛋白質-DNA結合反應分析中，特異性結合和非特異性結合的區(qū)別之一就在于它們對離子強度的依賴特點。非特異性結合的親和性對離子強度有更大的依賴性，因為DNA的骨架中磷酸根負離子對靜電引力貢獻很大。通過分析在不同溫度下結合速率和親和常數的變化，可以提供一些反應的熱力學參數信息。除了著名的范德霍夫圖，結合和解離的速率對溫度有很大的依賴性，因此可以為反應過程的活化能的測量提供寶貴的數據[6]。
2. 新藥開發(fā)和蛋白質組學上的應用
生物醫(yī)藥是以現代生命科學為基礎，結合基因工程、細胞工程、酶工程、蛋白質工程、發(fā)酵工程等手段，從生物體或其組織、細胞、體液中提取得到用于疾病預防、治療和診斷的藥物總稱。在以美國為代表的發(fā)達經濟體，生物醫(yī)藥已成為創(chuàng)新藥的主體。如1986-2014年，美國FDA批準的125個治療性藥物中，抗體、酶類、干擾素、集落、造血刺激因子和肽類等生物醫(yī)藥95個，占全部批準藥物中的76%。由此可見，生物蛋白類藥物的開發(fā)目前已經成為目前醫(yī)藥領域的主要方向之一。
生物蛋白類藥物開發(fā)主要分為集中在兩個方面：一是新功能的藥物作用靶點的發(fā)現和機制研究；二是篩選能作用于細胞，蛋白等上面已知功能結合靶點的小分子藥物，多肽，抗體等結合物。SPR分析技術由于能它能夠分析藥代過程中的結合解離常數等數據，提供大量關于候選藥物與其靶標的作用信息，再加上微陣列等新技術結合，能夠在藥物開發(fā)的各個階段揭示藥物機理作用和高通量的篩選各個化合物，大大縮短常規(guī)藥物的開發(fā)時間和成本。目前，SPR分析技術已經成為藥物篩選等研發(fā)過程中的主要技術之一。例如，Geschwindner 等采用SPR篩選以蛋白片段為靶標的小分子活性化合物，比傳統檢測方法得到更多的活性物質，且SPR方法的Z-factor(為0. 67) 遠高于傳統的檢測方法(為0. 37) ，說明SPR篩選方法所得結果更穩(wěn)定可靠。G蛋白偶聯受體( GPCRs) 是細胞信號傳導中的重要蛋白質，其拓撲構象為7次跨膜的受體，同源性較低，當膜外的配體作用于該受體時，該受體的膜內部分與G蛋白相互結合，激活G蛋白。大多數的細胞激素和神經遞質細胞內外的交流通過GPCR信號通路完成，藥物作用于GPCRs從而達到治療目的。迄今已發(fā)現作為治療藥物靶點的蛋白總數約500 個，而GPCRs靶點占其中受體的絕大多數，很多科研工作者先后進行了用SPR技術篩選GPCR配體及藥物的研究。劉翠等利于SPR技建立了分別以DNA、RNA 和POT1 蛋白、Aβ 蛋白等為靶標的小分子藥物篩選模型，可對源源不斷新合成的化合物進行初步的活性篩選，為化合物的進一步開發(fā)研究提供了非常有參考價值的實驗數據[7]。
3. SPR 技術在食品安全領域的應用
由于SPR分析技術可以實現高通量、高精確度、快速篩查及定量分析等目標，其在食品安全領域的應用也得到大量的研究。Revoltellal等利用酶聯免疫( ELISA) 技術、放射免疫( RIA) 技術與SPR分析技術對同一種農藥( C8H6C12 O3) ( 2,4D) 進行檢測對比分析，認為SPR 生物傳感器具有以下優(yōu)點：體積小，成本低，響應快，靈敏度高，實時在線檢測和抗干擾能力強。該方法的檢測范圍為0.001-1.000mg /L，因此，非常適合用于現場的農藥殘留檢測 [8]。Rasooly等以SPR分析技術為基礎，采用雙抗體夾心法，快速檢測出了食物中葡萄球菌腸毒素B( SEB) 的濃度，最低檢測限為10ug /L [9]。Massimiliano 等人建立了利用生物傳感器檢測黃曲霉毒素的方法，該方法的檢測限能夠達到1.67μg /kg，與常規(guī)的分析方法相比，能夠大大縮短檢測時間，提高檢測效率[10]。