编辑推荐：
新冠疫情期间，测量针对病毒感染的中和免疫反应至关重要，但现有中和抗体（nAb）检测方法存在诸多不足。研究人员开展了纳米颗粒支持的快速电子检测（NasRED）分析方法的研究，可区分针对不同 SARS-CoV-2 变异株的 nAb 效力，对评估免疫保护意义重大。
新冠疫情给全球带来了沉重打击，无数生命逝去，经济遭受重创。在这场与病毒的较量中，中和抗体（nAb）成为了关键 “武器”。它由人体免疫反应产生或通过人工设计，能阻断新冠病毒（SARS-CoV-2）的刺突蛋白（S 蛋白）与人体血管紧张素转化酶 2（ACE2）受体的结合，从而阻止病毒入侵细胞。然而，病毒不断变异，如奥密克戎（Omicron）变异株持续积累突变，导致之前的单克隆抗体（mAbs）治疗方案失效。
同时，现有的检测中和抗体的方法也不尽人意。像血清学检测，只能检测总抗体水平，无法评估中和抗体的效力。传统的空斑减少中和试验（PRNT）虽为金标准，但操作繁琐，需要高级别的生物安全防护设施，只有专业实验室才能开展。微中和试验（MNA）虽然比 PRNT 快一些，但由于需要用活病毒与易感细胞孵育并量化细胞病变效应或空斑形成，整个流程通常需要 3 - 5 天。假病毒虽然更安全，但假病毒上展示的刺突蛋白与真实病毒可能存在差异，影响检测结果的准确性。其他如竞争酶联免疫吸附试验（ELISA）等方法，需要多次孵育和洗涤步骤，流程长，还需要专门的设备读取结果，更适合实验室环境。而侧向流动分析（LFA）等新兴技术，要么灵敏度差，要么需要复杂的酶促反应和标记，在快速准确读取和数据解释方面也面临挑战。
在这样的背景下，来自国外的研究人员开展了一项重要研究。他们设计了一种纳米颗粒支持的、快速的电子检测（NasRED）分析方法，旨在解决现有检测方法的不足。这项研究成果意义非凡，它能区分针对不同 SARS-CoV-2 变异株的 nAb 效力，量化人类血清样本的中和能力，并且可以在近乎即时检验（POC）的环境下，使用廉价的基于半导体的便携式电子检测（PED）系统报告结果，这对于评估疫苗效力、感染后的免疫反应以及抗体疗法的疗效都具有重要价值，相关成果发表在《Biosensors and Bioelectronics》上。
研究人员在这项研究中用到了几个主要关键的技术方法。首先是构建了 NasRED 平台，这是一种溶液相蛋白质传感平台，整个检测过程在单管中完成，无需洗涤、标记或荧光成像步骤，通过简单混合待测蛋白或生物介质与制备好的传感溶液即可。其次，利用纳米颗粒介导的电路数字化信号收集技术，实现对检测信号的处理和分析。此外，研究中使用的样本来自 2021 年 9 月和 2022 年 10 月进行的两项血清学调查收集的人类血清样本，这些样本的使用经过了亚利桑那州立大学伦理审查委员会（IRB）的批准，参与者均提供了知情同意。
下面来看具体的研究结果：
- NasRED 平台的设计：NasRED 是一个旨在最大限度减少分析时间（小于 30 分钟）、样本体积（小于 10μL）、成本（每次测试试剂成本估计低于 3 美元）和操作复杂性的溶液相蛋白质传感平台。该平台通过将包被有 ACE2 蛋白的金纳米颗粒（AuNPs）作为 nAb 效力报告分子，与待测 mAbs 以及链霉亲和素偶联的多价 S 蛋白或其受体结合域（RBD）混合。高亲和力且与 ACE2 竞争的 nAb 会改变 S（或 RBD）与 ACE2 的结合水平，进而调节 AuNP 簇的形成和沉淀。通过基于半导体的读数系统测量自由漂浮的 AuNP 报告分子的数量，该系统通过测量 AuNPs 的光消光来产生 nAb 信号，从而区分不同的 SARS-CoV-2 变异株（如武汉 - 株 Hu-1、Gamma、Omicron）。
- 两种检测模式的比较：研究展示了两种不同检测模式的设计概念和优化方案，即 NasRED-tAb 和 NasRED-nAb。NasRED-tAb 广泛用于基于抗体与刺突蛋白或 RBD 的结合来检测抗体的数量，而 NasRED-nAb 通过评估抗体抑制 ACE2 - RBD 结合的能力来测量中和抗体。通过分析血清学调查中收集的真实人类样本，研究人员比较了这两种检测模式，并通过实验证明了 NasRED-nAb 在解释针对不同病毒变异株的免疫保护方面具有优势。
在研究结论和讨论部分，准确检测 nAbs 对于评估针对流行病毒（如 SARS-CoV-2）的免疫保护至关重要，尤其是在新变异株不断出现的情况下。传统的总抗体（tAb）检测方法，如 ELISA，只能量化总体抗体水平，无法确定这些抗体是否能中和病毒。而 NasRED-nAb 平台基于之前展示的 NasRED 技术，具有便携、快速、廉价和高灵敏度的特点。该平台的模块化设计、短检测时间以及便携式和低成本的读数系统，使其适用于测量疫苗效力、感染后的免疫反应以及抗体疗法的疗效。这一研究成果为免疫保护评估提供了一种新的有力工具，有望在未来的疫情防控和相关研究中发挥重要作用，帮助人们更好地应对不断变化的病毒威胁，提升全球公共卫生安全水平。
