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
GPCR 激动剂/配体（M2 激动剂 Hybrid 1、M3 激动剂乙酰胆碱 acetylcholine、β2 激动剂 orciprenaline、GPR55 激动剂溶血磷脂酰肌醇 LPI、前列腺素 E1 PGE1、FFA1 激动剂 TUG424、前列腺素 D2 DK-PGD2），样品基质为贴壁活细胞单层及细胞培养液（CHO、HEK293、HaCaT、原代人角质形成细胞）
检测原理
活细胞贴附于 Corning Epic 光学换能器底部，宽带光沿底部传播，电磁场进入约 150 nm 深的细胞层，细胞成分的光学密度决定光能量损失。GPCR 激动剂结合细胞膜受体后，激活 Gi/Go、Gs、Gq 或 G12/13 通路，引起细胞内蛋白质、膜及细胞器等成分发生时空重分布，改变近场光学密度，使反射/出射光波长发生以 pm 为单位的偏移。偏移幅度、方向和动力学随激动剂浓度及通路不同而变化，实时记录为光学指纹。该过程无需标记或酶放大，信号放大来自全细胞整合响应与近场光学换能，并可用 PTX、CTX、YM-254890 或 AlF4− 解卷积。
检测灵敏度
原文未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
DMR 可无标记检测 Gi/Go、Gs、Gq 和 G12/13 四类 GPCR 信号，并用 PTX、CTX、YM-254890、AlF4− 及受体拮抗剂验证通路特异性。与传统第二信使检测相比，log EC50 总体一致或更优：β2 DMR -8.35±0.24 对 cAMP -7.34±0.03；M2 DMR -7.21±0.27 对 GTPγS -7.63±0.07；M3 DMR -7.02±0.08 对 IP1 -7.02±0.07；原代人角质形成细胞中 DMR -7.70±0.06 对 cAMP -7.60±0.12，且低受体表达下信号窗口更优。作者认为其适用于原代细胞、系统药理学和新机制药物发现。
传感器的构成
- 基底/换能器：Corning Epic 384-well Epic sensor microplate 底部光学换能器，传导宽带光并检测出射波长偏移
- 识别元件：贴附于换能器表面的活细胞单层（CHO、HEK293、HaCaT、原代人角质形成细胞），其细胞膜 GPCR（M2、M3、β2、GPR55、CRTH2、FFA1、EP2/EP4）识别激动剂并启动信号
- 信号换能介质：细胞内细胞成分（蛋白质、膜及细胞器等）在 G 蛋白激活后发生动态质量重分布（DMR），改变近场光学密度
- 信号读出：Epic 光学检测单元记录反射/出射光波长偏移（pm）随时间变化，形成光学指纹
中文摘要
基于细胞成分动态质量重分布（DMR）的无标记生物传感器技术有望在活细胞中实时将 G 蛋白偶联受体（GPCR）信号转化为复杂光学“指纹”。本文提出一种用于解析无标记响应细胞机制的策略，并将 DMR 技术与当前 GPCR 药物发现中常用的传统第二信使检测进行比较。DMR 测量的整体性使其能够：（i）探测 GPCR 沿全部四类 G 蛋白信号通路的功能，这是多数现有检测平台难以实现的；（ii）以空前的精度解析原代人细胞中复杂的 GPCR 信号模式；（iii）确定异三聚体 G 蛋白是复杂光学指纹的触发因素；（iv）揭示此前未被发现的 GPCR 行为特征。结果表明，DMR 技术将对系统生物学、系统药理学以及具有新机制药物的发现产生重要影响。
英文摘要
Label-free biosensor technology based on dynamic mass redistribution (DMR) of cellular constituents promises to translate GPCR signaling into complex optical 'fingerprints' in real time in living cells. Here we present a strategy to map cellular mechanisms that define label-free responses, and we compare DMR technology with traditional second-messenger assays that are currently the state of the art in GPCR drug discovery. The holistic nature of DMR measurements enabled us to (i) probe GPCR functionality along all four G-protein signaling pathways, something presently beyond reach of most other assay platforms; (ii) dissect complex GPCR signaling patterns even in primary human cells with unprecedented accuracy; (iii) define heterotrimeric G proteins as triggers for the complex optical fingerprints; and (iv) disclose previously undetected features of GPCR behavior. Our results suggest that DMR technology will have a substantial impact on systems biology and systems pharmacology as well as for the discovery of drugs with novel mechanisms.