刘钢：颠覆性生物芯片底层立异 引领高通量NanoSPR分子互作系统_分子_抗体

近年来，生物药的市场需求逐年扩容，个中抗体药物因其靶向性好，治疗效果显著，在生物药中霸占着举足轻重的地位，目前已经进入了抗体药物发展的黄金时期。
亲和力是剖断分子间相互浸染的主要参数，是理解分子以及识别生物学过程、药物的创造与筛选等的主要指标。

在生命科学领域，分子互作剖析系统是生命科学研究、新药研发的核心工具，是生物制药、CRO、CDMO、科研机构的标配设备。
随着新药研发市场的迅猛发展，该领域每年都保持高速增长。
但由于分子互作市场综合门槛极高，该市场一贯被入口仪器垄断。
目前丹纳赫的 Biacore 和赛多利斯的 Octet 分子互作仪合计霸占环球市场90%以上的份额。

剖析生物分子之间的相互浸染可深入理解动力学信息，并为早期治疗供应宝贵的建议。

目前，分子相互浸染剖析方法包括生物层干涉法（BLI），表面等离子体共振（SPR）和局域表面等离子体共振（LSPR），只管它们都可以实现无标记、实时和高通量分子互作剖析，这些方法仍具有局限性，例如芯片稳定性差、非特异性吸附强、仅适用于纯化样本类型、仪器本钱高、精度低和设备体历年夜。
这些限定了它们在个人、小型制药公司和其他资源有限的环境的广泛利用。

因此，开拓出一种快速、高通量、低本钱的实时检测分子间相互浸染的新技能来应对日益增加和多样化的市场运用需求，对药物筛选或临床早期诊断是非常有必要的。

2022年9月2日，华中科技大学刘钢教授课题组在 Advanced Functional Materials 期刊揭橥了题为：An Nanoplasmonic Portable Molecular Interaction Platform for High-Throughput Drug Screening 的研究论文。

该研究开拓了一种便携式的桌面 NanoSPR 分子相互浸染剖析平台，基于该团队的核心 NanoSPR 芯片技能的独特光学特性，可配套便携式的剖析仪器进行生物分子剖析检测，有望成为一种新技能用于高灵敏、快速、高通量、无标记、低本钱和实时监测分子相互浸染的剖析系统，运用于药物筛选、临床早期诊断或表位鉴定等领域，可实现个人、小型制药公司、研发机构或其他小型实验室的广泛利用。

刘钢教授表示，目前团队已经实现了晶圆级的 NanoSPR 生物芯片量产，与传统无标记技能比较，可将芯片耗材本钱大幅度降落，团队目前已经开拓出了几十种商品化的 NanoSPR 生物传感器，可用于不同的运用处景；同时团队现在也正在开拓基于 NanoSPR 技能的系列无标记生物分子剖析检测工具，可实现从小分子、核酸，到蛋白质、细胞的无标记、实时分子互作检测，可被广泛运用于新药研发和生命科学研究。

刘钢教授，本科毕业于华中科技大学，并在美国加州大学伯克利分校得到生物医学工程专业硕士和博士学位。
曾担当美国伊利诺伊大学喷鼻香槟分校终生副教授，美国医学生物工程院院士（AIMBE Fellow），现任华中科技大学特聘教授。
近年来致力于超灵敏度微纳米新型生物传感器以及移动传感技能在医学、生物学等领域的广泛运用。

刘钢教授

NanoSPR 技能平台是一种无标记的、实时监测的前辈技能，紧张用于生物分子间相互浸染的定量剖析，抗体筛选、表征、同等性评价以及生物分子间相互浸染，可全方位助力于生物医药的发展。

刘钢教授团队利用其拥有的国际最新纳米等离子共振（NanoSPR）光学芯片专利技能，通过纳米压印光刻、电子束蒸发和接合技能设计并制造了晶圆级 NanoSPR 传感芯片，首次将 NanoSPR 传感芯片与标准微孔板（NanoSPR CP）和便携式八联微孔柱（NanoSPR CEP）集成用于高通量实时检测分子之间结合与解离过程的互作平台，同时也构建了多种类型的即用型生物芯片，可供应多种化学界面，无需润色即可快速轻松地固定配体，已成功用于抗体定量、抗体亚型鉴定、亲和力检测、抗体人源化改造、抗原表位剖析，靶点筛选、抗体对筛选等，可助力基因治疗、基因疫苗研究、抗原表位研究、药物筛选与设计、细胞旗子暗记传导研究等领域的研发生产效率。

NanoSPR芯片传感器用于实时监测分子间相互浸染示意图

刘钢教授阐明道：在无标记分子互作检测领域，人们熟知的便是已经被美国、日本和中国药典收载的 SPR 技能。
SPR 自20世纪90年代实现家当化以来，被广泛运用到生命科学和制药领域。
但在许多运用处所，SPR 过于繁芜并且仪器和耗材价格均非常昂贵，这让很多中小企业或研发机构望而生畏。
长期以来，没有填补 SPR 这一不敷的其它非标记分子互作检测技能。
我们团队开拓的 NanoSPR 新技能，从芯片底层创新开始，为实验室事情职员供应了另一种性价比超高的分子互作剖析选择，同时也补充了这一领域实现国产替代的空缺。

NanoSPR 分子互作剖析平台可对各种不同的分子相互浸染供应深入的无标记的结合动力学检测和剖析。
该研究以 SARS-CoV-2 核衣壳蛋白（Np）与抗 SARS-CoV-2 Np 抗体、SARS-CoV-2 RBD 蛋白与重组人 ACE2 蛋白、 SARS-CoV-2 RBD 蛋白与抗 SARS-CoV-2 RBD 抗体、Her 蛋白与 herceptin 单抗、以及蛋白（Protein）A 与人 IgG 抗体平分歧生物分子对之间的相互浸染为例，以验证 NanoSPR 分子互作剖析平台的适用性，该技能通过对分子结合过程的实时监测，系统会测定结合常数（ kon）和解离常数（koff），以及起始结合速率，并通过拟合打算剖析得到亲和力（KD）和浓度信息。
个中最低可检测到 1nM 乃至更低的浓度。
NanoSPR 分子互作剖析平台用于浓度定量检测时，其反应旗子暗记与溶液的浓度干系性极高，R2值达到0.999。

（a） SARS-CoV-2 Nucleocapsid Protein (Np)检测示意图。
（b）固定SARS-CoV-2 Np抗体的传感器检测104 nM SARS-CoV-2 Np的结合与解离实时曲线图。
SARS-CoV-2 Np抗体与不同浓度SARS-CoV-2 Np（0-208nm）之间的结合动态拟合曲线（c），解离动态拟合曲线（d）和结合解离动力学曲线（e）。

研究中为了证明 NanoSPR 技能平台的强大功能和准确性，研究职员选择了包括新冠病毒蛋白与抗体系列在内的各种分子对分别与行业标准 Biacore 或 Octet 系统进行数据比较剖析，在不同的比对数据中均得到了 NanoSPR 分子互作平台与 Biacore 仪器和 Octet 仪器对同一组分子对相似的动力学和亲和力值，有力的支持了本研究中具有100%自主知识产权的基于 NanoSPR 技能的分子互作平台可准确高效且经济地进行分子间结合相互浸染的检测和研究。

该研究表明，NanoSPR 技能有望成为一种革命性新技能，用于高灵敏度、快速、高通量、无标记、低本钱和实时检测分子相互浸染的剖析，运用于药物筛选、临床早期诊断和表位鉴定等领域，给研究职员供应可在自己的实验室中完成深入的无标记结合动力学剖析检测技能。

论文的共同第一作者兼通讯作者黄丽萍博士表示，NanoSPR 技能实现了芯片的升级，通过加样即读的检测办法，可大幅度降落样本的 Bulk 效应，适宜繁芜样本以及未经纯化的粗样本的相互浸染和结合动力学剖析，从而为真实生物环境中样品分子之间相互浸染供应更快速、更准确的实时剖析数据。

刘钢教授团队近年来致力于开拓基于 NanoSPR 技能在生物检测，药物筛选等领域的生物芯片检测传感器以及科学仪器工具的深入研究。

基于这些研究成果，刘钢教授创立了量准（XLement）公司，并研发了 WeSPR 系列科学检测仪器，致力于让每个生物学科研职员都能拥有自己的 SPR 分子互作仪。
在实现这一愿景的道路上，量准公司将持续研发和制造新产品，不断提升做事能力，以知足不同需求。

据悉，在未来半年内，量准公司还操持了以下新品：

1）开拓一款性能可比拟 Biacore 的 WeSPR One 桌面式分子互作仪；

2）发布一款强大的 SPR 分子检测剖析软件；

3）推出世界创始的兼具 SPR 和 ELISA 两种功能的全自动分子检测仪 WeSPR HT96；

4）推出国际顶尖 WeSPR UHT Imager 超高通量分子互作仪。

华中科技大学生命科学与技能学院樊洪利博士生、黄丽萍博士、李睿博士生为论文的共同第一作者。
华中科技大学刘钢教授、黄丽萍博士为论文的共同通讯作者。
该研究得到了国家重点研发操持和国家自然科学基金等项目的帮助。
该研究联合华中科技大学生命学院、量准（上海）实业有限公司、量准（武汉）生命科技有限公司等海内产、学、研多家单位共同参与研发。

文章来源：生物天下"大众年夜众号