基于PC-TIR生物传感器的单克隆抗体分泌速率实时无标记监测新方法及其在生物制造中的应用

本推荐语：本研究创新性地开发了一种集成光子晶体全内反射（PC-TIR）生物传感器与微孔转运芯片的平台，实现了对杂交瘤细胞系单克隆抗体（mAb）分泌速率的实时、无标记监测。该系统通过检测溶液折射率（RI）变化，精准量化免疫球蛋白G（IgG）扩散动力学（R2 > 0.99），克服了传统终点法（如ELISA）的局限性。研究证实细胞密度、胎牛血清（FBS）浓度与mAb分泌率呈正相关，且能区分同一免疫源克隆的分泌差异，为优化抗体生产工艺提供了高效、可扩展的解决方案。

　　

Highlight

微孔转运芯片的设计与制备

微孔转运芯片的三维模型通过计算机辅助设计软件（SolidWorks）构建。该芯片包含三层结构：(1) 上层为5个微孔转运室（长5 mm；宽1.8 mm；深3.17 mm）；(2) 中层为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）多孔膜（孔径3 μm，购自Sigma-Aldrich）；(3) 下层为5个微流道（长9.8 mm；宽1.8 mm；深0.5 mm）。芯片通过激光切割和层压技术组装，确保各层精确对齐并形成密闭流体环境。

溶液中蛋白质的实时检测

为验证PC-TIR生物传感器可通过折射率（RI）变化引起的共振偏移检测溶液中的蛋白质，我们针对不同分子量的蛋白质——牛血清白蛋白（BSA，～66 kDa）和免疫球蛋白G（IgG，～150 kDa）——生成了剂量反应曲线（图2）。首先，我们证实BSA成功封闭了传感器表面的非特异性结合位点，四个微流道的平均共振偏移为2.72 ± 0.20像素。随后，通过逐步增加BSA或IgG的浓度（0.001–1 mg/mL），我们观察到共振偏移与蛋白质浓度呈正相关。BSA和IgG的标准曲线均呈现高线性度（R² > 0.99），灵敏度分别为每毫克每毫升10.25像素和11.07像素。这些结果证明PC-TIR生物传感器能高效、定量地检测溶液中的蛋白质。

讨论

我们开发的新型生物传感平台将PC-TIR生物传感器与微孔转运芯片集成，实现了对杂交瘤细胞系mAb分泌速率的实时、无标记定量监测。分泌的mAb从微孔转运室经多孔膜扩散至传感器表面附近的渐逝场，避免了ELISA等终点法的局限性。我们平台的定量准确性通过高线性标准曲线（R² > 0.99）得到验证，且能动态追踪mAb分泌动力学。研究还发现细胞密度和培养条件（如FBS浓度）与mAb分泌率正相关，并成功区分了针对同一人白细胞抗原E（HLA-E）免疫源的不同杂交瘤克隆的分泌差异。该技术为优化抗体生产流程提供了快速、精准且可扩展的工具。

结论

本研究展示了一种集成PC-TIR生物传感器与微孔转运芯片的新型平台，用于实时、无标记监测杂交瘤细胞系的mAb分泌。该系统能提供连续、定量的mAb生产数据，显著优于依赖终点测量的传统方法。实时监测mAb分泌速率的能力为优化抗体生产、筛选高产克隆及改进生物制造工艺提供了强大支持，有望推动抗体治疗领域的创新发展。