Nat Commun：开发出插拔式比率生物荧光传感器，可快速准确地定量检测样品中的蛋白和抗体

2021年8月9日讯/生物谷BIOON/---检测SARS-CoV-2冠状病毒刺突蛋白和抗SARS-CoV-2抗体的家庭测试套件使用起来快速简单，但缺乏实验室测试的灵敏度和准确性。在一项新的研究中，来自荷兰埃因霍温理工大学和乌特勒支大学的研究人员开出一种新型传感器，它将目前基于实验室测试的灵敏度和准确性与目前家庭测试的速度和低成本相结合。这种新型传感器使用一种“在黑暗中发光”信号来指示血液中存在的微量蛋白质和抗药物抗体，以及SARS-CoV-2刺突蛋白和抗SARS-CoV-2抗体。相关研究结果于2021年7月28日发表在Nature Communications期刊上，论文标题为“A plug-and-play platform of ratiometric bioluminescent sensors for homogeneous immunoassays”。

论文通讯作者、埃因霍温理工大学复杂分子系统研究所的Maarten Merkx指出，“鉴于当前的COVID-19疫情，对能够产生快速和准确结果的价格便宜的最好能够由任何人在任何地方完成的医学测试的需求越来越大。当然，自我检测是广泛使用的，但事实上，这些测试的灵敏度和准确性仍然不如实验室测试。但是你可能要等一天或更多天才能得到实验室测试的结果，这可能太长了。”

这些所谓的使用点家庭测试的另一个问题是，它们不够准确。Merkx说，“冠状病毒自我测试的输出结果是简单的是或否，即阳性或阴性。对于某些应用，如果我们能对样品中的蛋白质或抗体的浓度进行定量确定，那就更好了。”

考虑到所有这些问题，Merkx及其研究团队开发出一种新的测试方法，具有目前基于实验室的测试方法的准确性和敏感性，以及现有使用点家庭测试的速度和低成本。

检测和显示生物标志物或感兴趣的分子的存在的关键是生物发光。Merkx指出，“我们开发的新型传感器是基于我们在以前的研究中已广泛地使用的生物发光。如果样品中存在某种蛋白质或抗体，称为荧光素酶的特殊蛋白质就会发光。换句话说，我们寻找的是一种‘在黑暗中发光’反应。”

分子红绿灯

这种新型传感器的一个关键部分是，它总是通过生物发光发出光。那么，这些作者如何知道一种生物标志物是否已被检测到呢？他们寻找所发出的光的颜色变化，就像分子红绿灯一样。

Merkx指出，“当这种传感器不包含感兴趣的生物标志物时，第一种荧光素酶会发出绿光。它总是发出绿光，而且当加入含有生物标志物的样品时，它不会受到影响。但掌握测试关键的是第二种荧光素酶。”

RAPPID传感器平台的总体概况和设计要点，图片来自Nature Communications, 2021, doi:10.1038/s41467-021-24874-3。

这些作者将第二种荧光素酶分成两部分。每一部分本身没有任何作用，只有当这两部分结合在一起时，第二种荧光素酶才会有活性。这种荧光素酶的每一部分都与一对识别生物标志物不同部分的抗体之一化学偶联在一起。当测试样品中存在生物标志物时，这对抗体与生物标志物结合，在此过程中，这使得第二种荧光素酶的两部分结合在一起，导致蓝光发出。

比率检测

Merkx说，“为了定量确定生物标志物的浓度，我们测量蓝光和绿光的比率。可见的蓝光越多，样品中生物标志物的浓度就越高。甚至可以用智能手机上的摄像头来记录这个比率，只要把样品放在一个黑色的塑料容器里，挡住任何环境光线。”

这种检测方法称为比率检测（ratiometric detection），具体而言为比率插拔式免疫诊断法（ratiometric plug-and-plug immunodiagnostics, RappID）。

这些作者与Rijnstate医院合作，使用40例患者样品，针对多种生物标志物---包括一种用于检测细菌和病毒感染的生物标志物：C反应蛋白---测试了这种新的传感方法。

广泛的应用

RappID检测平台在本质上绝对是快速的，只要有一种合适的样品架就可以与智能手机结合使用，这意味着它有可能被任何人在任何地方使用，这正是Merkx团队的目标。然而，在这种新型测试平台向更广泛的公众开放之前，仍有一些研究工作需要完成。

Merkx补充道，“我们设想这种测试平台可以具有广泛的用途，如在快速筛选和测试中，用于与类风湿性关节炎和炎症性肠病等疾病相关的治疗性抗体药物监测，以及用于快速检测可能与未来流行病或大流行有关的传染病。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Yan Ni et al. A plug-and-play platform of ratiometric bioluminescent sensors for homogeneous immunoassays. Nature Communications, 2021, doi:10.1038/s41467-021-24874-3.