英国马尔文仪器有限公司
Malvern Instruments Ltd
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纳米颗粒跟踪分析技术在生物医学中的应用
(发布时间:2015-8-28 11:35:11)
  在光学显微镜时代,生物医学中通常能够观察到的颗粒或者目标的大小一般从数微米到数十微米不等,但在纳米粒度仪的引入之前,人们就已经意识到未来的研究会趋向更为微观的视角,外泌体、病毒和噬菌体以及生物制品如抗体和疫苗,这些颗粒的粒度都远小于光学显微镜的观察范围;同时,常规生物医学检测方法(如:病毒滴度测试,病毒蚀斑测试,Elisa等)往往只能在宏观上予以相对比较笼统的表达。因此,本文希望通过简单分享近年来纳米颗粒跟踪分析技术的应用,来进一步了解全新的纳米技术是如何在生物医学领域中起到越来越重要的作用。 NTA在外泌体及病毒和疫苗领域的前瞻应用: 外泌体最早发现于体外培养的绵羊红细胞上清液中,是细胞主动分泌的大小较为均一,直径为30~100纳米,密度1.10~1.18 g/ml的囊泡样小体。随着分子技术的不断发展,生物学界对外泌体的探索日趋深入。2013年,三位国外科学家因在细胞膜转运机制的研究上取得关键性突破,被授予诺贝尔生理学或医学奖。由此,外泌体研究达到了一个全新的高度。 而近年来,越来越多证据显示出外泌体对临床治疗的重要价值。外泌体是细胞间信使,通过其数量和生物化学组成的变化,可以为进一步的临床诊断提供有力的证据。它携带多种蛋白质和miRNA,参与细胞信号转导、细胞迁移、血管新生和肿瘤细胞生长等过程,并且有可能成为药物的天然载体,应用于肿瘤检测或临床治疗。 目前外泌体的检测与观察主要通过电子显微镜完成,电子显微镜通过直接的测量比对,描述外泌体的粒径尺寸并且能够清晰的显示外泌体颗粒的具体结构。当然,这种方法所存在的不足也很明显。由于一次所能观察到的范围有限,因此所获得的粒径分布数据往往不具代表性。同时,电子显微镜的样本,往往需要通过干燥、固定以及冷冻等不同方式进行前处理,这对生物样本的结构会造成一定的破坏,从而最终影响观察的效果。 相对而言,马尔文纳米颗粒跟踪分析仪(简称:NanoSight)所具备的溶液状态(原位测试)下的测试,为外泌体颗粒提供了非常好的结构与功能上的保护,并且能够让外泌体颗粒在更接近其原始状态下进行测量,保证了测量数据的真实性和有效性。此外,其高精度的粒度数量分布测试,甚至可以分辨出相对粒径差异在1:1.5倍左右的颗粒,尤其在生物样本中,颗粒的分布呈现极度不均匀的宽分布状态,一些粒径小数量少的颗粒在分析中容易被常规测量方法所忽略,而马尔文NanoSight提供的数量分布粒度测试有效地解决了这一问题。另外,独一无二的浓度测量技术,直接为外泌体研究人员提供可靠的外泌体浓度数据。目前已得到证明,在不同的生理状态下,外泌体的浓度变化与不同的细胞生长状态和种类有关。 在传统病毒学中,病毒溶液中病毒颗粒的浓度一般通过物理法或者生物学法测试。这其中,物理法通过病毒DNA对光的吸收进行测定,结果非常稳定却无法区分病毒颗粒的种类。生物学方法如GTU、PFU和TCID50等,也存在局限,如测试结果不稳定,不同的操作人员很难能得出相近的结果。 NTA技术通过分析病毒悬浊液中病毒颗粒的布朗运动,使用斯托克斯-爱因斯坦方程,能够快速准确的检测出病毒粒度的数量分布。同时,特有的浓度测试系统提供样本的实时浓度信息。更重要的是,马尔文NanoSight特有的荧光系统,为分辨病毒颗粒的种类提供了极为方便的平台,科研人员可根据自己的需求设计不同吸收波长的荧光染色,从而达到分辨不同种类病毒颗粒的目的。目前有四种荧光波长可供使用,分别为405nm、488nm、532nm和635nm,搭配相应的滤光片,实现荧光样品的测量,再由NTA技术对其进行单独检测,免受复杂样本(如血清、尿液等)环境的影响。 当前,纳米颗粒跟踪分析技术正越来越多的用于生物医学的基础以及临床研究中,同时,在一些生物和药物制剂的生产和质检中,我们也越来越多地看到它的身影。当然,NTA技术不仅在科研领域有所应用,而且已经拓展到了许多生物和医药制品的生产及质检等环节中。 众所周知,在疫苗和抗体的生产、运输和储存过程中,由于环境的改变和条件的限制,往往不能够完全保证产品一直处于最佳的环境。而环境的微妙改变,往往会导致不同程度的小颗粒物团聚。在疫苗和抗体的使用过程中,如果产生的较大颗粒进入人体后,非常容易引起强烈的排异反应,从而可能会产生极为严重的后果。 以蛋白质为主体的疫苗和抗体颗粒,在pH值、温度、溶液成分发生变化时,蛋白质颗粒容易发生结构和表面电位等不同方面的变化,从而导致颗粒之间相互团聚。马尔文NanoSight提供了一个非常全面的测试平台,用户在使用中有充分的自由度来模拟不同情况。由于该平台可同时进样和测试,因此在调整颗粒溶液的测试环境后,用户可以迅速的得到新条件下样本的变化数据。