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生物芯片-糖芯片在免疫研究中的应用
2020-07-14 09:03:39

生物芯片,又称蛋白芯片或基因芯片,它们起源于 DNA杂交探针技术与半导体工业技术的结合。该技术系指将大量探针分子固定于支持物上后与带荧光标记的 DNA或其他样品分子(例如蛋白因子或小分子)进行杂交,通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息。简单的说,生物芯片就是在一块玻璃片、硅片、尼龙膜等材料上放上生物样品,然后由一种仪器收集信号,用计算机分析数据结果。


目前常见的生物芯片可以分为三类 :第一类为微阵列芯片,包括基因芯片、蛋白芯片、组织芯片和细胞芯片等;第二类为微流控芯片,包括各类样本制备芯片、毛细管电泳芯片和色谱芯片等;第三类则是以生物芯片为基础的的集成化生物分析系统或称芯片实验室。


狭义的生物芯片概念是指通过不同方法将生物分子(寡核苷酸、c DNA、基因组DNA、多肽、抗体、抗原、糖蛋白等)固着于硅片、玻璃片、塑料片、凝胶、尼龙膜等固相递质上形成的生物分子点阵。因此生物芯片技术又称微陈列技术,含有大量生物信息的固相基质称为微阵列,又称生物芯片。


生物芯片概念提出以来, DNA芯片和蛋白质芯片已发展成为广泛应用的生物分析工具。而在2002年科学家成功制备了糖芯片。糖芯片的基本原理是将具有确定结构的糖或糖复合物固定于特定载体上根据待测样品与之杂交后的信号分析糖介导的特异性结合作用及样的结构特点等。糖芯片检测中检测样品用量少、灵敏度高可实现高通量操作。目前多用于鉴定疾病相关的抗糖类抗体的检测和定量分析、糖类与蛋白结合特异性的分析、检测病原体和筛选药物作用靶标等多个领域。


近期,江南大学生物工程学院糖化学与生物技术教育部重点实验室尹健教授团队在重要致病菌幽门螺旋杆菌糖类抗原全合成及免疫学研究方面取得了进展。


研究成果

       “Chemical synthesis and immunological evaluation of Helicobacter pylori serotype O6 tridecasaccharide O-antigen containing a unique DD-heptoglycan”在线发表于权威期刊《Angewandte Chemie International Edition》。


幽门螺旋杆菌全球感染率高达 50%,与慢性胃炎、消化性溃疡和胃癌的发病密切相关。尽管针对幽门螺旋杆菌感染的抗生素疗法有一定效果,但是细菌耐药性和重复感染已导致治疗失败率高达 20%,而全球目前尚无上市的幽门螺旋杆菌疫苗,因此疫苗的开发迫在眉睫。幽门螺旋杆菌 O6血清型 O-抗原十三糖由末端 Ley四糖和独特的 DD-庚聚八糖通过β-D-半乳糖连接而成,是糖缀合物疫苗开发中极具潜力的免疫靶点。鉴于 Ley四糖广泛存在于人体细胞表面,其在幽门螺旋杆菌侵入、感染、免疫逃逸中所起作用一直存在争议,使得此类 O-抗原在疫苗开发中的应用存在挑战。


本研究中,尹健教授团队基于糖基供体和受体反应活性开展糖链组装策略优化,设计并尝试了五种不同的组装策略,最终利用 [(2×1)+(3+8)]合成策略完成了幽门螺旋杆菌O6血清型O-抗原十三糖的化学全合成,为高空间位阻复杂多糖的合成提供了有价值的参考。进一步根据Ley四糖和不同糖苷键连接的DD-庚聚糖的结构特征,设计并合成了六种O-抗原寡糖片段。经动物免疫获得幽门螺旋杆菌O6血清型菌株脂多糖抗血清,通过糖芯片分析明确了O-抗原中α-(13)-连接的庚聚糖是重要抗原表位,而末端Ley四糖和其它连接方式的庚聚糖无抗原性,且末端Ley四糖可阻碍抗体对庚聚糖抗原表位的识别。本研究为幽门螺旋杆菌O6血清型糖缀合物疫苗的开发提供了重要理论基础,也为Ley四糖在幽门螺旋杆菌感染和免疫逃逸中作用的揭示提供了参考。

图1. 幽门螺旋杆菌O6血清型O-抗原结构图


图2 . 糖芯片对合成寡糖的评价

(a)幽门螺杆菌 O6 LPS免疫兔血清代表性阵列扫描(左)和矩阵排列(右)。(b)寡糖片段的平均荧光强度值量化(MFI)。误差线表示两个独立芯片中两个点的SEM差别


生物芯片点样仪是将生物样品(核酸或蛋白)以一定的阵列方式快速、准确地点在载玻片或薄膜上,形成生物样品为阵列的仪器,是从事生物芯片研发和生产的必备仪器。是集光学、精密机械、控制技术、图像处理、计算机、生物技术等多学科的综合交叉的高技术产品。


本研究中尹健教授团队糖芯片的制备采用了江苏瑞明生物科技有限公司研发生产的BCI100型生物芯片点样仪。该设备采用非接触式压电振荡技术开发,通过压电元件系统将电脉冲转换为压电元件的微小位移改变,从而使毛级的液体精确微量点样。毛细管点样针可单独更换,且成本极低。可应用于生物芯片制备、高通量药物筛选、蛋白/抗体微阵列点样、酶、蛋白基因组文库构件、细胞反应模型、纳米材料、聚合物研究、材料科学、生命科学等研究领域。



      技术特点:


皮升级别:非接触式、皮升级微滴分配


耗材便宜:点样仪可单独更换、价格便宜


定制图案:软件编程点样图案


动态观测:实时液滴状态观测


范围广泛:适用液体黏度范围广


操作简单:进样和清洗操作简单方便


选配功能:温度、湿度、超声清洗等模块可选




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