新型生物发光免疫传感器有望用于定量护理点检测

东京科学的研究人员报道，一种新型的基于纳米体的免疫传感器已经开发出来，旨在在未稀释的生物液体和恶劣条件下稳定工作。他们的创新设计利用了BRET（生物发光共振能量转移），并在使用纸质设备的护理点测试、治疗药物监测和环境应用方面表现出巨大的潜力

免疫传感器已成为生物化学和医学领域不可或缺的工具，为检测特定的生物分子提供了可靠的方法。它们通过利用抗体与其靶抗原之间的相互作用来发挥作用，使其在临床诊断、食品安全监测和环境评估等应用中至关重要

随着对更有效和更具成本效益的测试方法的需求增长，研究人员继续在免疫传感器技术方面进行创新。值得注意的是，追求消除耗时洗涤步骤的同质免疫传感器已成为一个关键焦点

一类特别有前景的同质免疫传感器，称为Quenchbodies（Q-bodies），通过在抗原结合时发出荧光来工作。在“淬灭”状态下，Q体保持不活跃，但在抗原结合后，它们会发生结构变化，通过取消淬灭状态导致发光

尽管Q-body具有潜力，但它们面临着重大的局限性：它们不能在血液或牛奶等未稀释的生物液体中有效发挥作用，它们在纸质设备中的储存和应用，用于未稀释生物液体或含有还原剂的安全处理的即时检测（POCT），仍然具有挑战性

在此背景下，日本东京科学研究所的一个研究小组着手开发一种没有这种限制的新型免疫传感器。在副教授Tetsuya Kitaguchi的带领下，他们设计了一种新型的Q-body，该Q-body利用了纳米体的鲁棒性和简单的生物发光检测

2024年11月11日发表在ACS Sensors上，他们的创新设计有望彻底改变免疫传感器技术在临床和环境应用中的使用方式

研究人员将纳米体和NanoLuc与一种著名的荧光染料TAMRA结合在一起。这种设计的核心是纳米抗体——源自骆驼的小型、高度稳定的抗体片段。纳米体在恶劣条件下具有显著的抗变性，使其成为POCT的理想选择

此外，免疫传感器还包括NanoLuc，这是一种萤光素酶，当它与底物反应时会发出蓝光。由于其卓越的亮度和比荧光更少的光散射，免疫传感器在血液或牛奶等未稀释的生物液体中显示出巨大的应用前景

该过程的工作原理如下：当靶抗原与纳米体结合时，会发生结构变化，使TAMRA染料远离纳米体，更靠近NanoLuc酶。这种变化恢复了TAMRA的淬灭，促进了两个分子之间的能量转移，将NanoLuc催化反应的发射颜色从蓝色改变为TAMRA的红色

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然后，不同颜色的发射强度比与靶抗原的浓度相关，即使使用包括智能手机在内的便携式设备进行信号检测，也能进行精确和灵敏的定量

研究人员通过一系列实验测试了这一新设计

Kitaguchi说：“我们称之为BRET纳米Q-body的拟议免疫传感器，由于纳米体的坚固结构，在有机溶剂、还原剂和洗涤剂中具有优异的热稳定性和耐久性，并且同样适用于生物液体，如牛奶、血清和全血，无需稀释，因为生物发光导致的发射比变化很大。”

更进一步，该团队还测试了BRET纳米Q体是否具有POCT的潜力，通过在纸质设备中实现它们来测量化疗药物的浓度，以进行模型实验

Kitaguchi说：“在没有温度控制的情况下长期储存后，以及在没有稀释的生物流体和环境样本中，纸质设备也表现良好，这使得它们可用于床边、现场和家中的检测。我们预计纸质平台将对治疗、诊断和环境应用中的原位检测产生变革性影响。”

总的来说，这项研究说明了如何将分析生物化学的各种工具和概念结合成一项特殊的技术，这项技术可以改善我们的生活，帮助我们保护环境 More information: Yinghui Yang et al, BRET Nano Q-Body: A Nanobody-Based Ratiometric Bioluminescent Immunosensor for Point-of-Care Testing, ACS Sensors (2024). DOI: 10.1021/acssensors.4c01800

Journal information: ACS Sensors