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Biacore在生物医学领域研究上的应用  

2018-04-17 14:34:07|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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目前对生命科学奥秘的探索,旨在揭示生命现象背后的机理研究,已经不是停留在是什么了,而是要探询为什么。要实现对揭示生命现象背后的机理研究,必然要理清生物分子间复杂的关系, Biacore检测技术能实时反映生物分子相互作用的整个过程,而不同于其他的只能提供生物分子作用后的结果的方法。Biacore(Biomolecular Interaction Analysis)是一个通用的仪器,它提供了实时观察生物分子间相互作用的技术,通过它能够观察两种分子结合的特异性,能知道两种分子的结合有多强,还能了解生物分子的结合过程共有多少个协同者和参与者。

美迪西生物制药有限公司于2017年新引进一台高通量的Biacore?8K,新引进的Biacore?8K设备,将进一步完善美迪西的生物服务,增强小分子化合物筛选以及大分子药物研发服务的能力,更好的服务于药物研发领域,为客户提供更加高效及高质量的服务。

一、首先来看一下Biacore的工作原理:

Biacore技术是基于一种称为表面等离子共振(surface plasmon resonance, SPR)的物理光学现象发展起来的新型生物传感分析技术。 Biacore技术的关键是利用了基于SPR现象发展的生物传感器作为检测系统,该技术的3个核心部分是传感器芯片,SPR光学检测系统和微射流卡盘。实验时,现将一种生物分子固定在传感器的葡聚糖表面,将与之相互作用的分子溶于溶液流过的芯片表面。SPR检测器能根据跟踪溶液中的分子与芯片表面的分子结合、解离整个过程的变化,记录成一张传感图,并提供动力学和亲和力数据。BIACORE技术由于具有无需标记,高灵敏度,检测快速,并能实时定量测试等优势,已广泛用来研究蛋白质、核酸、多肽、小分子化合物等生物分子的相互作用。

二、Biacore技术在生物医学研究上的应用

Biacore技术目前被广泛应用于生物学与医学的许多领域,就其应用原理主要有3种:动力学研究、生物分子结合位点研究、生物分子浓度测定。

(1)Biacore技术最早的应用即是对免疫中单克隆抗原抗体相互作用的动力学研究。

Magulies等利用Biacore技术研究MHC、TCR与多肽抗原三者的相互作用。他们在测定了三者相互作用的亲和常数及动力学参数后提出一个相当有说服力的生物学模型:即T细胞的激活依赖于抗原递呈细胞表面大量的抗原多肽-MHC复合物对单个T细胞表面大量TCR的刺激。除用于免疫学的基础研究外,Biacore技术由于能提供抗原-抗体间的反应动力学参数以大大提高筛选质量而被用于加快、优化免疫测定的开发。

(2)利用Biacore技术进行结合位点的分析为生物大分子相互作用关系的研究提供了一个强有力的工具。

由于它可获取靶分子的拓扑结构信息及结构变换与功能的关系,从而被广泛用于蛋白质之间、DNA之间及蛋白质-DNA间的结合分析 (尤其是蛋白质-DNA间作用的研究已成为研究基因表达调控的关键所在)。

(3)对生物分子的浓度测定的研究是Biacore技术有异于前两者的新型应用。

用SPR检测器所得的信息可直接来自表面的样品,也可间接来自能与样品特异结合的相关试剂。且该相关试剂一方面可以放大样品信号,另一方面还可以从粗制样品的嘈杂信号中获得微量待测样品的特异性信号。Ronnberg等曾做过一个实验:以β2μ特异性单克隆抗体作为相关试剂,再利用BIA技术对一组浓度范围为9~1040ng/ml的24个人血清样品浓度进行测定,结果与放射免疫分析(RIA)所得的结果几乎完全吻合(达到0.99以上)。但BIA无需任何同位素标记。

三、Biacore在生物医学领域上的研究成果:

1、Biacore的精准快速的动力分析 助力细胞研发

过继性免疫细胞治疗(Adoptive Cell Therapy, ACT)是指将正常或经过特殊生物工程改造过的人体免疫细胞直接输入到患者体内,达到对肿瘤细胞杀伤的治疗目的。经过几代ACT的演化,免疫细胞治疗已经从缺乏特异性的LAK、DC/CIK细胞治疗到具有肿瘤抗原特异性的TIL和CTL细胞治疗,以及近年来发展火热的体外转基因改造的免疫细胞治疗方式,包括T细胞受体转基因T细胞(TCR-T)和嵌合抗原受体T细胞(CAR-T)。从2006年的第一例成功的遗传改造的TCR-T对黑色素瘤的治疗和2010年第一例成功的CAR-T对B细胞淋巴瘤的治疗,两种细胞疗法都经历了很多的技术、工艺和临床上的发展,是非常受关注的精准医疗的一个热点领域。

TCR-T和CAR-T的主要原理是提取肿瘤患者T 细胞,通过基因工程嵌入能够识别肿瘤特异性抗原(片段)片段的受体或抗体以及其他辅助分子,使得T 细胞的生存能力、增殖能力、记忆效应增强使其能够识别并杀死肿瘤细胞。

TCR-T和CAR-T的主要区别在于其受体的结构和它们识别的分子结构不同:TCR由α和β链组成,识别抗原呈递细胞 (APC) 表面的主要组织相容性复合体 (MHC)以及MHC呈递的抗原多肽片段;CAR是人工改造的受体,由抗体scFv和细胞内其它信号分子融合而成,不依赖MHC分子,识别肿瘤细胞表面的抗原分子。

TCR-T和CAR-T(包括现在处于科研阶段的CAR-NK)细胞治疗的精准性取决于选择的肿瘤表面抗原(片段)的特异性和TCR、CAR受体识别这些抗原(片段)的特异性。越来越多的细胞治疗研发机构采用以SPR为基础的Biacore分子互作仪,结合AKTA蛋白纯化层析技术和细胞/动物模型实验的机制研究方案,帮助细胞治疗的靶点研究和确认以及TCR/CAR等靶向分子的筛选和确认。

2、Biacore助力哮喘疾病新靶标发现

据某文章报道,2018年2月7日,国际著名期刊《Science Translational Medicine》封面刊登了上海中医药大学杨永清团队题为的研究成果,报道了其在抗哮喘靶标发现方面取得的重大进展。Transgelin-2蛋白也成为我国科研工作者发现并验证的第一个支气管哮喘新靶标,为克服目前面临的哮喘治疗手段的困难具有积极意义。该文中,Biacore为新靶标的发现提供了多个核心数据,在作者的工作中充分展示了Biacore从新靶点发现,到信号通路阐释,以及药物筛选表征的强大应用,既有疾病基础研究,也有临床新药研发,在强调精准和转化的现代医学研究中发挥了重要作用。

此外Biacore在垂钓领域的研究包括了生命活动的很多方面,例如:明确药物作用位点;发现新靶标;植物信号传导与基因调控;水产生物优化育种与抗病研究;天然中草药活性成分的分离鉴定,近年来,多个基于Biacore垂钓技术的重要蛋白被相继发现和报道。例如,第二军医大学张俊平教授课题组以肿瘤坏死因子受体(TNFR)为“诱饵蛋白”,采用Biacore垂钓技术进行了5种中药的筛选和分离,仪器可以自动化地完成样品进样、结合、洗涤、孵育、解离、回收、中和等垂钓实验的全部过程,最终从大黄中分离回收得到了TNFR的配体。

Biacore系统应用表面等离子共振原理 (Surface Plasmon Resonance, SPR) 对分子间相互作用过程实时监控,检测过程中无需对待测分子进行标记或处理,是目前灵敏度最高且可以提供实时、动态和定量信息的分子互作分析系统。Biacore能通过单次实验,研究生物大分子和小分子多肽与多个靶标结合(蛋白、核酸、糖蛋白、病毒等)的特异性和强度。Biacore能够提供分子结合的丰富信息,是当前在分子水平对药物药效成分做功能性鉴定和作用机理研究的最直接手段之一。

美迪西新引进的Biacore?8K设备,作为新一代的表面等离子共振(SPR)系统,Biacore?8K 全新的8根进样针设计,能够平行检测8种不同样品,并快速获得动力学和亲和力数据,相较于传统的单根针系统,检测速度提高高达 8倍。即使是复合体靶点或新型药物如双特异抗体,Biacore8K多通道的检测通量,便捷灵活的方法设计,也能够极大地提高药物筛选与精确表征的效率,大幅度地降低检测时间。

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