捕获低丰度蛋白的新技术(一)[创新技巧]

【字体: 时间:2011年06月02日 来源:生物通

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  低丰度蛋白,尽管稀少,却常常带有重要信息。在疾病治疗方面,它们往往充当了诊断、预后和治疗效果的标记物,也可能是治疗的靶点。然而,犹如大海捞针一般,它们却并不好找。近年来,研究人员正不断提出新的方法和技术,从生物样品中挑出低丰度蛋白,以便确切地了解它们是什么,以及它们意味着什么。

物以稀为贵,这句俗语用在生物界同样没错。低丰度蛋白,尽管稀少,却常常带有重要信息。在疾病治疗方面,它们往往充当了诊断、预后和治疗效果的标记物,也可能是治疗的靶点。然而,犹如大海捞针一般,它们却并不好找。

近年来,研究人员正不断提出新的方法和技术,从生物样品中挑出低丰度蛋白,以便确切地了解它们是什么,以及它们意味着什么。一旦找到,这些蛋白可通过质谱分析。在《Genome Technology》杂志上,一些科学家分享了他们的经验。

乔治梅森大学的Lance Liotta谈到:“关于生物标志物的最大问题在于质谱本身并不是非常灵敏。” Liotta实验室的主要工作是寻找并验证疾病的生物标志物。“如果你看看在临床实验室所完成的不同免疫分析检测,会发现大部分都不能被质谱所接替,因为它们丰度太低了。即使我们有一间大的质谱实验室,但质谱本身不够灵敏,不能发现低丰度的生物标志物。”

灵敏度是第一个问题。Liotta认为第二个问题在于血清或血浆中的生物标志物常与载体蛋白(如白蛋白)结合,试图分离并丢弃这些载体,也就意味着你丢弃了正在寻找的蛋白。Liotta认为:“你不可能将全部血清放入质谱仪,你也不可能浓缩它,如果那样,你的蛋白就太多了。”另外,还有一个问题是降解。蛋白会迅速降解,因此要找到并分析他们,时间很宝贵。

尽管存在着这些挑战,但研究人员还是竭尽全力去找到它们。与意大利的一个研究小组合作,Liotta决定选择纳米技术路线,利用带有不同诱饵的特制水凝胶纳米颗粒来一步捕获蛋白。这项工作于2009年发表在《Journal of Materials Chemistry》上。这些颗粒是由开放的网状物组成的,每个颗粒的大小为红细胞的1/100-1/50。与许多研究人员所使用的实心纳米颗粒不同,这些漂浮在溶液中,且颗粒内外的东西能以极快的速率交换。

试想一下,这些颗粒漂浮在溶液中,比如血液或尿液,它们有着高亲和力的诱饵,能够捕获目的分析物,并把它们困在颗粒内,保护它们不被降解。并且,它们还有着一个筛分表面,这样就能够排除白蛋白和免疫球蛋白。只需一步,你就能够亲和、捕获和纯化,你也可以将分析物从结合的白蛋白上拉下来,并保护它们不被降解。

研究人员所要做的只是离心,将纳米颗粒以及它们所捕获的低丰度蛋白留下来,用于质谱分析。Liotta提到,这种方法能将灵敏度提高1000倍,同时不增加背景噪音,同时保护样品不被降解。

这些诱饵并不是分析物特异的,它们与一类分析物结合,但亲和力很高,它们非常活泼,比抗体更好。此外,这些分子能将分析物从白蛋白上拉下来。其中一个例子就是血小板来源的生长因子,它们通常与血清中的白蛋白结合。然而,当血清与溶液中的纳米颗粒混合时,蛋白就被颗粒中的诱饵所吸引,离开了白蛋白。之后,研究人员可离心或洗脱这些颗粒。

Liotta和他的研究小组发表了几篇关于这种技术的文章。今年2月,他们在《Biomaterials》上发表了一篇文章,通过纳米颗粒来检测莱姆病(Lyme disease)。莱姆病的生物标志物很难找到,因此难以诊断。利用Liotta的纳米颗粒技术,研究小组实现了尿液样本中抗原的几乎100%捕获和100%提取。研究人员正在开发一种能用于临床的检测,帮助医生在早期诊断莱姆病。

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