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SPR Microscopy技術的介紹及其與傳統SPR技術的比較

瀏覽次數:1785 發布日期:2024-10-29  來源:本站 僅供參考,謝絕轉載,否則責任自負

表面等離子體共振 (SPR) 是一種廣泛使用的無標記互作檢測技術,用于研究生物分子的結合行為。自 20 世紀 90 年代商業化 [1] 以來,SPR 在技術開發和應用方面都取得了巨大進步。它已成為生物醫學研究、生物傳感器開發和藥物發現的核心工具。在過去十年中,SPR 還與其他技術結合聯用,例如電化學 (EC-SPR) [2]、液相色譜 (HPLC) 和質譜 (SPR-MS) [3],并已用于氣相痕量檢測(SPR-氣相檢測)。近年來最重要的發展之一是 SPR Microscopy (SPRM),這是一種將高分辨率光學顯微鏡與表面等離子共振相結合的技術。SPRM 兼具兩種技術的優勢,可直接對樣品進行空間可視化定位分析,并實時測量結合親和力和動力學。利用傳統的(基于通道的)SPR技術,研究細胞膜蛋白與候選藥物或其他配體的結合一直具有挑戰性,因為從細胞中提取蛋白并將純化的蛋白固定在 SPR 傳感器上不僅耗時費力,而且改變了蛋白質的天然微環境。SPRM 通過將細胞直接固定在 SPR 傳感器上,從而保持了蛋白質的天然狀態,顯著改善了此類測量的結果 [4]。此外,還可以確定和繪制每個細胞中膜蛋白的分布和局部結合活性。

在本技術說明中,著重介紹 SPRM 技術及其與傳統 SPR 技術的比較。


1 傳統(基于通道)SPR
基于流體通道的SPR檢測模式是最常見的分子結合研究方法(圖 1)。傳感器頂部安裝有多個通道的微流控模塊,樣品通過泵系統傳輸送到每個通道。配體分子被固定在每個通道的傳感區域上,隨后分析物分子被傳輸到每個通道中與特定配體結合。對每個通道的傳感區域(紫色區域)的數據進行平均,以產生 SPR 傳感圖(如圖 1 右側所示)。每個通道在一次測量循環中都會生成一個傳感圖(或表面再生后的多個傳感圖),結合親和力和動力學參數可從這些傳感圖中分析得出。
 


圖 1 傳統(基于通道)SPR模式


2 SPRM(高分辨率顯微鏡)
SPRM 是一種基于高分辨率成像的 SPR 模式。它提供明場光學圖像和傳感區域的 SPR 數據(親和力和動力學常數)(圖 2)。SPRM(例如 SPRm200)在圖像的每個像素處生成一個 SPR 傳感圖,提供任何給定傳感區域上結合事件的空間映射,并提供比傳統 SPR 模式更多的信息。SPRM 不僅可用于傳統的 SPR 結合分析測量,還可用于細胞對候選藥物反應的異質性研究。由于其高空間分辨率(~ 1 µm),它可以監測和測量病毒、細菌的結合事件,而這些無法通過傳統 SPR 模式直接測量。SPRM 在測量藥物與天然狀態下的膜蛋白相互作用方面尤其有效,因為蛋白質分子位于活細胞膜內。

 


圖 2 基于高分辨率成像的SPR模式

細胞在傳感器表面孵育或固定,分析物或藥物分子被傳輸到傳感區域。圖 3 顯示了傳感器上藥物分子與細胞之間相互作用的示例。實時 SPR 圖像 (3B,藍色圖像) 表示細胞受體與藥物分子的相互作用或結合反應 (粉紅色區域)。通過明場圖像 (3A,綠色圖像) 選擇感興趣的區域,生成傳感圖 (3C) 并分析得出結合信息。當選擇許多不同的細胞區域時,可以用具有統計意義的數據確定細胞和細胞膜的異質性。
 


圖 3 SPRM 同時提供明場圖像 (A) 和 SPR 圖像 (B)。結合參數由傳感圖 (C) 得出


總之,SPRM 提供了一種獨特的功能來可視化細胞膜的結合活性。與傳統的基于通道的 SPR 模式相比,SPRM 還具有額外的優勢,即可以通過空間映射細胞膜蛋白天然狀態下的結合親和力和動力學,從而提供更多生物學相關信息。由于其高空間分辨率,SPRM 可用于監測其他表面發生過程,例如標記有生物分子的納米顆粒的結合或納米顆粒包被藥物的遞送。

3 SPRM與SPR要點比較

-

SPR

SPRM(SPRm200)

檢測技術

SPR

SPR顯微鏡、光學成像

傳感器區域

平均通道面積

每個像素

樣品遞送

基于通道的微流控傳輸

微流控傳輸

樣品類型

藥物分子
蛋白質
脂質
DNA

藥物分子
蛋白質

脂質
DNA
細胞
病毒
細菌
納米粒子

數據類型

每個通道的傳感圖曲線

每個像素的傳感圖曲線
明場光學圖像與實時SPR圖像

實際測量

親和力
動力學常數

親和力
動力學常數

細胞響應的異質性研究
納米顆粒活性
明場圖像


4 SPRM 200介紹
SPRM 200是美國BI公司細胞原位分子互作動態分析系統

應用
小分子藥物或抗體藥物與細胞膜蛋白(受體、離子通道等)原位結合分析;抗體藥物與單細胞或多細胞的結合篩選;細胞結合統計學分布分析,開展細胞異質性研究;細菌或病毒與抗性藥物的相互作用;其他分子與細胞/活細胞層面原位相互作用研究。

功能
親和力測定;動力學分析;同步于SPR測量的光學成像;藥物對多細胞或單細胞作用的研究;細菌或病毒與抗性藥物相互作用的納米級觀察。

特點

  • 無標記
  • 實時定量
  • 細胞膜蛋白原位分析
  • 細胞膜上指定區域分析
  • 細胞或細胞膜異質性研究
  • 電化學聯合分析


參考文獻
1. Liedberg, B et al, Biosens. Bioelectron. 10, i-ix, 1995
2. Patskovsky, S et al, Analyst, 139, 596-602, 2014
3. Nedelkov, D and Nelson, R, Trends in Biotechnology, 21, 7, 301-305, 2004
4. Wang, W et al, Nature Chemistry, 3, 249-255, 2011

發布者:普瑞麥迪(北京)實驗室技術有限公司
聯系電話:4006-813-863
E-mail:hzhang@premedlab.com

標簽: SPR 細胞原位
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