组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
缓激肽(bradykinin)、肾上腺素(epinephrine)、去甲肾上腺素(norepinephrine)、多巴胺(dopamine)、儿茶酚(catechol)、LOPAC化合物库；样品基质为贴壁活细胞（A431细胞）及384孔微孔板培养液。
检测原理
配体或药物与贴壁活细胞表面的内源性受体结合后，触发细胞内信号转导，引起传感体积（约150 nm倏逝场范围）内蛋白、分子复合物等生物质量发生方向性重排，即动态质量重分布（DMR）。DMR改变细胞层局部有效折射率，进而改变RWG波导中耦合光的共振波长。共振波长位移作为无标记光学信号被Epic系统读出，其幅度和动力学参数（P-DMR、N-DMR、t1/2、τ）随配体效价、受体激活程度、cAMP水平、受体内化等变化。该方法不依赖外源标记或报告基因，信号放大主要来自细胞信号级联和整合性质量重分布，而非化学放大。
检测灵敏度
未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
该方法为无标记、非侵入、通路无偏的功能性检测，可检测低效价/低亲和力配体产生的弱信号。Epic系统对A431细胞内源性β2AR的终点高通量检测约5 min/384孔板，Z'>0.7。双受体（H1R与β2AR）激动态筛选中，阴性对照响应8±7 pm（n=32），阳性对照2 nM (-)-epinephrine响应230±12 pm（n=32），Z'=0.74；可识别全部H1R和β2AR激动剂，并检出β2AR通路偏向性配体，后续拮抗筛选可记录库中已知拮抗剂。相比传统报告基因或单一接触点检测，其减少细胞工程改造带来的假信息，适用于GPCR高通量筛选和系统药理学。
传感器的构成
- 基底/换能器：玻璃基底与衍射光栅（diffraction grating），用于耦合宽带偏振光进入波导并产生共振波长
- 波导层：高折射率波导涂层（waveguide coating），形成表面束缚倏逝场，传感体积约150 nm
- 细胞附着层：细胞外基质（ECM），使活细胞贴附并接触传感器表面
- 识别元件：活细胞内源性受体（如 B2 受体、β2AR、H1R），作为配体作用的细胞靶点
- 信号产生/放大：无标记动态质量重分布（DMR），由细胞内蛋白/分子复合物重排引起局部折射率变化
- 读出系统：Epic® RWG 检测器、液体处理附件与调度器，在 384 孔微孔板中读取共振波长位移
中文摘要
活细胞光学传感利用无标记光学生物传感器，在传感器传感体积内非侵入地测量活细胞受刺激后发生的动态质量重分布（DMR）。所得 DMR 信号是一种整合性细胞应答，反映刺激通过其作用的细胞靶点所介导的细胞信号转导。本文综述了活细胞光学传感在细胞生物学和配体药理学研究中的应用，重点介绍共振波导光栅（RWG）生物传感器细胞检测在高通量筛选中的应用。与传统基于单一接触点或报告基因的细胞检测不同，该方法无需预先知道信号通路，也不依赖细胞工程改造，可实时监测内源性受体激活，如 G 蛋白偶联受体（GPCR）的激动/拮抗效应、配体导向的功能选择性、受体内化及细胞骨架/内吞等过程。文章还介绍了 RWG 原理、Epic 高通量系统、384 孔板检测、双受体多重检测等，并指出其在药物发现中具有高通量、高信息量、无标记和非侵入等优势。
英文摘要
Live cell optical sensing employs label-free optical biosensors to non-invasively measure stimulus-induced dynamic mass redistribution (DMR) in live cells within the sensing volume of the biosensor. The resultant DMR signal is an integrated cellular response, and reflects cell signaling mediated through the cellular target(s) with which the stimulus intervenes. This article describes the uses of live cell optical sensing for probing cell biology and ligand pharmacology, with an emphasis of resonant waveguide grating biosensor cellular assays for high throughput applications.