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SPRm 200 系列 表面等離子體共振和光學顯微鏡完美結合 開辟研究細胞膜蛋白相互作用的新前沿


       SPRm200是世界上首臺將表面等離子體共振技術和光學顯微鏡巧妙結合為一體的生物傳感檢測儀。它為免標記研究分子相互作用的領域開辟一個嶄新的前沿。專門針對細胞膜蛋白和相關分子免標記檢測而設計的SPRm200, 使您在不需要從細胞中提取和分離膜蛋白的前提下實時觀察細胞結構并同時測量藥物和靶點在細胞上的結合過程。還可進行對藥物和在天然狀態下的膜蛋白之間相互作用的測量。由于出色的靈敏度和穩定性,SPRm200能夠測量納米尺度上的結合行為,可用于研究細菌或病毒與抗菌性藥物的相互作用,以及發展新型藥物載遞納米顆粒。

     活細胞上免標記生物分子結合過程的檢測

     實時親合力及動力學定量測量像圖

     光學和表面等離子體共振同時成像

     藥物分子對多細胞或單細胞作用的檢測

     納米尺度上分子結合過程的跟蹤檢測

    Binding activities of Nano,materials (2um size)





光學顯微鏡與SPR技術的集成
        SPRm200把SPR技術和光學成像結合起來,能夠對活細胞成像并將藥物分子結合反應定位分布圖像實時地表征出來。如圖1所示,明場聚焦光源照射于芯片表面固定的細胞,而底部的照相機實時捕獲活細胞的圖像。同時SPR光源沿共振角度投射于傳感器芯片上,由SPRm200檢測器測定反射光,并把每一個像素點上的SPR響應信號記錄下來組建成SPR傳感圖。
 
        傳統的SPR技術只能在大的整體傳感區域內(通常稱之為通道)測量平均共振角度的變化,而SPRm200檢測器能夠測量微小局部中的任何像素上的共振角度變化并且記錄每一個像素上的傳感曲線圖。圖2顯示了SPRm200同時記錄的明場和SPR圖像以及圖中任何一點或區域的傳感曲線圖。因此SPRM能提供更多的局部信息,并且可以在研究天然態下的膜蛋白的非均相表面結合過程以及它們和藥物之間的相互作用。

對神經瘤細胞與WGA結合的實時檢測:明視場與SPR的同步圖像,右邊是選擇點的SPR傳 感圖。

凝集素- 糖蛋白相互作用
       研究細胞上的信號通道和藥物篩選通常首先研究配體與膜蛋白的結合,而研究在天然狀態下膜蛋白對于理解其生物功能至關重要。這里是研究糖蛋白(膜蛋白)和凝集素(配體)之間的特異性相互作用以及單個細胞膜上受體的結合活性和空間分布的一個實例。
將神經瘤細胞SHEP1在芯片上培養或固定,然后置于SPRM樣品臺上。將PBS緩沖液在25度以300 μl/min的流速注入細胞池獲得基線。當80μg/ml的小麥胚芽凝集素(WGA)被注入細胞室,儀器可以實時檢測到傳感曲線的結合段;而當PBS緩沖液沖洗時,儀器也可測量到解離段。每進行下一個濃度實驗前,用50 mM GlcNAc 溶液來再生細胞表面上的膜糖蛋白受體。用不同的WGA濃度(5, 10, 40, 80,100, 200 μg/ml)重復對細胞的進行類似測量,則可以得到如圖2右所示的一系列傳感曲線圖。將每個像素的數據予以平均后,可以使用一級結合動力學模型(參見下文)推導出細胞不同部位上的結合動力學參數。我們儀器測量結果與以前發表的數據十分吻合:


nA s 的結合行為的定位
       nA 膜受體在神經傳遞和尼古丁成癮中起著關鍵作用,通常測定受體在細胞中的分布使用熒光標記的二抗。由于熒光檢測不能提供直接的動力學數據而容易導致假陽性的結論,SPRm200因為直接測量一抗與不含二抗的nA 的結合,該過程不僅更加簡單,且克服了被標記的二抗所引起的不確定因素。

上圖中,工程化SH-EP1細胞在膜上表達α4β2 受體,并結合初代抗體抗α4(右圖)。通過SPR 像圖所顯示的nA 同其初代抗體結合的分布(粉紅色),可以明顯看出這是一個非均相的表面結合。用SH-EP1野生型細胞來作為對照, 傳感曲線右下圖A顯示了兩種類型的細胞對nA 的反應具有顯著差異。如傳感圖B中所示,從SH-EP1工程化細胞反應減去野生型細胞反應(主要出于體積折射率效應)可以得到nA 與其第一抗體的結合動力學,它們分別為kon = 6×104/Ms,koff = 3×10-3/s 和KD=45nM。


納米顆粒檢測
      在納米尺度上,由一個納米顆粒所產生的SPR響應信號非常獨特。就好像把一個小石子放在一個緩緩流動的淺溪中,水面上就會產生一個波紋圖案(參考下圖)。SPR光源按共振角度投射到傳感器芯片上使其產生一個沿著金屬膜表面傳播的表面等離子體(SP)波,如圖3所示。當一個納米顆粒結合到芯片表面時,它便成為SP波的發散點,因而會在SPR像中產生波紋圖案。其形狀遠遠大于納米顆粒的實際尺寸(100 倍以上)。這放大的波紋圖案使得SPRm200能夠檢測到粒子尺度遠小于其光學衍射的極限,通過對這個放大的波紋圖案進行跟蹤和測量,就能實現對分子在納米尺度下結合行為的研究。


細菌和抗生素
    大腸桿菌O157:H7 在LB肉湯培養基中通過抗體偶聯被交聯在傳感器芯片上。他們因發散芯片中的SP波而在SPR像上產生許多點波紋如下圖右邊所示。


參考文獻:

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參數表:


   
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