组成图示
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传感器类型
全细胞生物传感器
检测对象
β2肾上腺素能受体（β2AR）配体（如异丙肾上腺素 isoproterenol、肾上腺素 epinephrine、去甲肾上腺素 norepinephrine、多巴胺 dopamine、沙丁胺醇 salbutamol、普萘洛尔 propranolol 等）；样品基质：A431活细胞及HBSS/HEPES检测缓冲液。
检测原理
RWG生物传感器由玻璃光栅基底、高折射率波导涂层和贴附细胞层构成三层波导。宽带光经光栅耦合进入波导，形成倏逝场，仅反射窄带共振波长，其波长对有效折射率敏感。当β2AR配体与A431细胞内源β2AR结合后，激活Gs介导信号通路，引起细胞内蛋白质、分子复合物等生物量在垂直方向上的动态质量重分布（DMR）。检测区约150 nm，主要采样贴附表面的细胞底部，局部生物量密度和分布变化改变局部折射率，进而改变有效折射率，表现为共振波长位移。信号为实时动力学响应，可出现负DMR和正DMR，其幅度、转换时间和动力学参数随配体浓度、效价和效能变化，无需外源标记或化学放大。
检测灵敏度
R^2 = 0.9957
效应效果
该检测无需标记和细胞操作，可在A431细胞中实时监测内源β2AR配体诱导的DMR。阴性对照（仅载体）响应为8±7 pm（n=32），阳性对照（2 nM肾上腺素）响应为230±12 pm（n=32），Z'因子为0.74，表明检测稳健。普萘洛尔对肾上腺素响应的剂量依赖性抑制及Schild分析（R^2=0.9957）支持β2AR特异性和竞争性拮抗。Epic系统可在8 h内完成40,000孔终点测量，动力学时间分辨率约7或15 s。作者认为该方法可高通量筛选通路偏倚配体，减少药物发现与开发中的淘汰率。
传感器的构成
- 基底/换能器：玻璃基底与光学光栅（glass substrate with optical grating），耦合光进入波导并产生共振波长。
- 波导层：高折射率波导涂层（high index of refraction waveguide coating），形成三层波导并产生倏逝场。
- 识别元件：A431人表皮样癌细胞层（A431 cells），内源表达β2肾上腺素能受体（β2AR），作为识别与信号发生元件。
- 信号标记物：无外源标记；细胞内生物量/蛋白质等分子复合物（biomass/proteins）重分布引起局部折射率变化。
- 检测区：倏逝场检测区（evanescent wave detection zone，约150 nm），仅采样贴附传感器表面的细胞底部。
- 读出：Epic光学读取系统（Epic system, linear array of fiber optic heads），记录共振波长位移。
中文摘要
当前针对G蛋白偶联受体（GPCR）的药物发现高度依赖人工细胞系统，常具有通路偏倚。作者开发无标记光学生物传感器细胞检测，用于在生理及疾病相关环境中研究内源受体的系统细胞生物学和GPCR配体的系统细胞药理学。共振波导光栅（RWG）生物传感器可检测传感器表面附近局部折射率的微小变化；由于细胞内折射率取决于生物量（蛋白质、分子复合物）的密度和分布，该传感器无需标记或细胞操作即可无创检测刺激诱导的动态质量重分布（DMR）。RWG可实时追踪受体信号在时空上的演化，获得动力学且整合的细胞响应，通常通路无偏但对通路敏感。以A431细胞内源β2肾上腺素能受体（β2AR）为模型，文章描述全细胞GPCR检测三步方案：细胞准备、生物传感器检测刺激响应、提取DMR参数分析配体药理学和受体生物学。该方法可高通量筛选通路偏倚配体，有望降低药物研发淘汰率。
英文摘要
Current drug discovery campaigns for G protein-coupled receptors (GPCRs) heavily rely on assay technologies that use artificial cell systems tailored to a point-of-contact readout and as a consequence are mostly pathway biased. Recently, we have developed label-free optical biosensor cellular assays that are capable of examining systems cell biology of endogenous receptors and systems cell pharmacology of GPCR ligands in both physiologically and disease relevant environments. We have shown that these biosensor assays enable high-throughput screening of pathway-biased ligands acting on endogenous beta(2)-adrenergic receptor in cells. These biosensor cellular assays hold the potential to reduce attrition rates in drug discovery and development process.