表面等离子共振(SPR)生物传感器 2008

Online optimization of surface plasmon resonance-based biosensor experiments for improved throughput and confidence.

Journal of molecular recognition : JMR De Crescenzo G, Woodward L, Srinivasan B
阅读原文 PDF DOI PubMed

组成图示

Online optimization of surface plasmo... 传感器构成示意图

点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制

传感器类型

表面等离子共振(SPR)生物传感器

检测对象

抗PSMA单克隆抗体(anti-PSMA mAb)、Ecoil-EGF嵌合蛋白;样品基质为PBS/0.005% Tween-20或HBS-EP缓冲液中的纯化蛋白/肽溶液

检测原理

SPR生物传感器将配体(PSMA、PS0215或Kcoil)共价固定于CM5/CM4芯片表面,分析物(抗PSMA mAb或Ecoil-EGF)在流动池中连续流过。分析物与表面配体特异性结合形成AB复合物,使芯片界面质量与局部折射率增加,导致表面等离子共振条件改变,仪器以共振单位(RU)实时记录结合、解离和再生过程。信号随分析物浓度、结合/解离速率及注入时间变化;用Langmuir动力学模型全局拟合传感器图,得到ka、kd和Rmax。本文不采用化学放大,而是通过在线优化选择浓度和结合/解离时间,在满足标准误约束下缩短实验。

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

优化策略在保持参数置信度的同时显著降低时间和样品消耗。PSMA/mAb体系中,蛋白用量由279 pmol降至234 pmol,实验时间由316 min降至178 min;PS0215/mAb由16.8 pmol/76 min降至13.7 pmol/53 min;Ecoil-EGF/Kcoil由116 pmol/86 min降至64 pmol/34 min。模拟数据中时间比TR为1.8–3.2,优化后ka、kd标准误与参考实验相当,传感器图残差随机分布,1:1模型拟合良好。作者认为该方法可自动化实施,提高SPR动力学分析通量。

传感器的构成

  • 换能基底:Biacore 3000/T100 SPR传感芯片(CM5/CM4),提供表面等离子共振检测表面
  • 表面偶联层:EDC/NHS胺偶联或巯基偶联试剂盒,用于共价固定配体
  • 识别元件:PSMA、PS0215肽或Kcoil肽固定于芯片表面,作为配体捕获分析物
  • 封闭层:ethanolamine-HCl灭活未反应活化基团,降低非特异结合
  • 信号标记物:无标记,SPR直接检测界面质量/折射率变化
  • 运行缓冲液:PBS/0.005% Tween-20或HBS-EP,维持流动相并稀释分析物
  • 再生清洗层:10 mM glycine pH 2.0、5 M guanidium HCl或EXTRACLEAN,解离复合物并清洁表面
  • 信号读出:Biacore仪器记录RU传感器图,用于全局动力学拟合

中文摘要

表面等离子共振(SPR)光学生物传感器已广泛用于测定多种大分子相互作用的动力学参数。传统实验通常任意选择分析物与缓冲液的注入时间以及不同分析物浓度,因此所得结合/解离曲线未必能为动力学参数提供足够置信度,标准误可能偏大。本文提出一种迭代式在线优化方法,将所需标准误作为约束条件,自动确定分析物浓度、结合期与解离期等实验变量,从而在满足参数置信度要求的同时缩短实验时间并减少样品消耗。作者以抗PSMA单克隆抗体与PSMA、PS0215肽以及Ecoil-EGF与Kcoil肽等实验体系,以及覆盖不同结合/解离速率的模拟数据验证该方法。结果表明,在简单Langmuir结合模型适用时,仅用一次或两次优化注入即可达到与传统多浓度实验相近的参数标准误,并显著降低实验时间和蛋白用量,为SPR仪器高通量动力学分析提供了自动化实验设计策略。

英文摘要

The emergence of surface plasmon resonance-based optical biosensors has facilitated the identification of kinetic parameters for various macromolecular interactions. Normally, these parameters are determined from experiments with arbitrarily chosen periods of macromolecule and buffer injections, and varying macromolecule concentrations. Since the choice of these variables is arbitrary, such experiments may not provide the required confidence in identified kinetic parameters expressed in terms of standard errors. In this work, an iterative optimization approach is used to determine the above-mentioned variables so as to reduce the experimentation time, while treating the required standard errors as constraints. It is shown using multiple experimental and simulated data that the desired confidence can be reached with much shorter experiments than those generally performed by biosensor users.

关键词

表面等离子共振SPR生物传感器在线优化动力学参数实验设计Biacore