组成图示
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传感器类型
其他（共振波导光栅(RWG)微流控全细胞生物传感器）
检测对象
β2肾上腺素能受体（β2AR）激动剂：肾上腺素（epinephrine, EPI）、沙丁胺醇（salbutamol）、吲哚洛尔（pindolol）、沙美特罗（salmeterol）；样品基质：A431 活细胞单层/细胞培养液/微流控检测缓冲液。
检测原理
β2AR 激动剂与 A431 细胞表面内源 β2AR 结合后，激活下游信号通路，包括腺苷酸环化酶、Src、PKA-MAPK 和 dynamin 相关过程，引起细胞内局部生物质量与折射率重分布。RWG 通过共振波长偏移无标记地读出这种全细胞整合响应，即动态质量重分布（DMR）。微流控腔以缓冲液、激动剂和抑制剂进行静态、持续或脉冲灌注，使激动剂暴露时间和恢复时间精确可控；二次激动剂刺激的 DMR 幅度反映脱敏/再敏化程度。信号随激动剂浓度、暴露时间和受体可用性变化，抑制剂可解耦不同激动剂导向的脱敏机制。
检测灵敏度
原文未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或 R^2；报告 EC50: epinephrine 0.07±0.03 nM; S(-)-pindolol 0.04±0.02 nM; salbutamol 0.90±0.15 nM; salmeterol 0.2±0.04 nM 和 155±23 nM。
效应效果
系统采用多通道 RWG 阵列与 PDMS 微流控腔，可并行进行 16 个独立测量，并实现静态、持续灌注和脉冲刺激；微腔壁剪切应力约 5×10^-4 Pa，低于生理 0.5–2 Pa，避免机械刺激干扰。实验重复性以至少 3 次重复的标准偏差表示，部分实验 n=2–4。方法能区分激动剂导向脱敏：沙美特罗与吲哚洛尔在 2 min 脉冲刺激后对二次肾上腺素刺激呈完全脱敏，肾上腺素与沙丁胺醇呈部分脱敏且再敏化程度随初始暴露时间缩短而升高。小分子抑制剂显示肾上腺素脱敏涉及 dynamin 与 Src，吲哚洛尔脱敏涉及 Src 与 PKA。作者认为该系统可用于筛选低快速耐受的 β2 激动剂。
传感器的构成
- 基底/换能器：玻璃基底（glass substrate）上微加工共振波导光栅（RWG）传感器阵列，单传感器约 2 mm×2 mm，兼容 384 孔板，用于无标记光学检测局部生物质量/折射率变化。
- 微流控结构层：聚二甲基硅氧烷（PDMS）软刻蚀微流控器件，多阵列微腔，每腔三入口一出，腔体约 9 mm×5 mm×200 μm、体积约 6 μL，用于精确控制配体灌注与脉冲刺激。
- 识别/信号转导层：人表皮样癌细胞 A431 单层，内源性表达 β2 肾上腺素能受体（β2AR），作为识别元件并转导激动剂信号。
- 检测介质层：Hanks 平衡盐溶液（HBSS）/Hepes 检测缓冲液（1×HBSS、20 mM Hepes、pH 7.1）及激动剂/抑制剂溶液，用于维持细胞并施加刺激。
- 光学读出层：可调谐激光光源、偏振器、扩束光学与 1400×1024 CMOS 相机，扫描 826–838 nm，提取共振波长变化（pm）作为动态质量重分布（DMR）信号。
- 流体控制层：注射泵（syringe pumps）连接微腔入口，以受控流速灌注缓冲液、激动剂或抑制剂，实现静态、持续和脉冲刺激。
中文摘要
β2肾上腺素能受体（β2AR）激动剂若具有较低快速耐受性，可能成为耐受性更好的治疗药物。然而，受体脱敏实验常仅在单一信号分子水平推断，配体导向的脱敏机制仍不清楚。本文报道一种基于微流控的无标记生物传感器全细胞检测方法，用于测定β2AR的配体导向脱敏。结合小分子抑制剂进行机制解耦，短期激动剂暴露下受体脱敏与再敏化模式显示沙美特罗具有长效激动作用，并区分了完全激动剂肾上腺素与部分激动剂吲哚洛尔在激动剂导向脱敏中的不同机制。该研究在全细胞水平揭示了β2AR激动剂选择性脱敏的细胞机制。
英文摘要
The β(2)-adrenergic receptor (β(2)AR) agonists with reduced tachyphylaxis may offer new therapeutic agents with improved tolerance profile. However, receptor desensitization assays are often inferred at the single signaling molecule level, thus ligand-directed desensitization is poorly understood. Here we report a label-free biosensor whole cell assay with microfluidics to determine ligand-directed desensitization of the β(2)AR. Together with mechanistic deconvolution using small molecule inhibitors, the receptor desensitization and resensitization patterns under the short-term agonist exposure manifested the long-acting agonism of salmeterol, and differentiated the mechanisms of agonist-directed desensitization between a full agonist epinephrine and a partial agonist pindolol. This study reveals the cellular mechanisms of agonist-selective β(2)AR desensitization at the whole cell level.