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肾上腺素受体配体（β2-adrenoceptor ligands，如肾上腺素 epinephrine、异丙肾上腺素 isoproterenol、去甲肾上腺素 norepinephrine、多巴胺 dopamine、沙丁胺醇 salbutamol、沙美特罗 salmeterol、卡替洛尔 labetalol、儿茶酚 catechol 等）；样品基质：贴壁 A431 细胞培养液/Hanks 平衡盐溶液
检测原理
无标记 RWG 光学生物传感器利用光在波导中全内反射产生的倏逝波，探测细胞基底膜附近约 150 nm 传感体积内的折射率变化。当 β2AR 配体加入后，配体与 A431 细胞膜上的内源 β2AR 结合，引起受体构象变化、G 蛋白偶联、cAMP 产生、受体磷酸化/内化及效应器募集等细胞事件。这些事件导致细胞内蛋白等生物分子在基底膜附近发生动态质量重分布（DMR）：向传感表面移动产生正向 DMR，远离表面（如受体内化）产生负向 DMR。局部质量密度变化改变折射率，使 RWG 共振波长/强度随时间变化。信号幅度与动力学随配体浓度和内在活性变化，从而反映配体对受体的激活、偏向性和内化能力。
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
该无标记光学细胞检测具有通路无偏、实时动力学，检测变异系数 CV<10%。普萘洛尔剂量依赖抑制各激动剂诱导的 DMR，IC50 相近，提示信号主要特异来自 β2AR；高浓度多巴胺（>100 μM）的 DMR 仅部分被 1 μM 普萘洛尔抑制，提示可能涉及其他受体。沙美特罗呈双相剂量响应，EC50 为 0.12±0.05 nM 和 130±17 nM。多种 β 阻滞剂对儿茶酚诱导 DMR 的最大抑制约 55%，IC50 范围约为 0.07 nM（替罗洛尔）至 415 nM（阿替洛尔）。作者认为该方法适合筛选通路偏向性配体。
传感器的构成
- 基底/换能器：Corning Epic 384-well RWG biosensor microplate，集成波导光栅，产生倏逝波并检测折射率变化
- 光学系统：integrated fiber optics 与 wavelength interrogation system，采集细胞光学响应，时间间隔约7或15 s
- 样品/识别层：贴壁 A431 细胞，内源性 β2-adrenoceptor（β2AR）作为识别元件
- 样品基质：Hanks balanced salt solution（20 mM Hepes，pH 7.1），维持细胞并加入配体
- 温控/加样单元：temperature-control unit 与 on-board liquid handling unit with robotics，维持 28°C 并转移化合物溶液
- 信号读出：DMR optical signal，由 Epic 波长探测系统记录为时间-波长/强度曲线
中文摘要
配体导向的功能选择性研究需要高分辨率工具来解析受体生物学与配体药理学。本研究采用无标记光学生物传感器，监测人表皮样 A431 细胞在多种 β2 肾上腺素受体（β2AR）配体作用下的动态质量重分布（DMR）。该传感器基于倏逝波检测细胞近表面折射率变化，可在活细胞中无偏地监测内源受体激活。多参数分析显示，不同激动剂诱导的受体激活与信号传导具有明显不同的 DMR 模式，包括负向 DMR、正向 DMR 幅度、转换时间和半衰期。顺序刺激与共刺激实验进一步根据配体调节儿茶酚（儿茶酚胺结构组分）诱导信号的能力，将多种配体分类。研究记录了 β2AR 的多种配体特异性状态，并表明该生物传感器方法可用于筛选通路偏向性配体。
英文摘要
Recent realization of ligand-directed functional selectivity demands high-resolution tools for studying receptor biology and ligand pharmacology. Here we use label-free optical biosensor to examine the dynamic mass redistribution of human epidermoid A431 cells in response to diverse beta(2)-adrenoceptor ligands. Multi-parameter analysis reveals distinct patterns in activation and signaling of the receptor induced by different agonists. Sequential and co-stimulation assays categorize various ligands for their ability to modulate signaling induced by catechol, a structural component of catecholamines. This study documents multiple ligand-specific states of the beta(2)-adrenoceptor and highlights the power of the biosensor assays for screening pathway-biased ligands.