creoptix公司，光學(xué)生物傳感器企業(yè)，2022年加入馬爾文帕納科，擁有zhuan利的光柵耦合干涉（gci）技術(shù)，開創(chuàng)新一代動(dòng)力學(xué)，實(shí)現(xiàn)了在更廣泛的樣品范圍內(nèi)提供更高質(zhì)量的分子結(jié)合親和力數(shù)據(jù)和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)。
具備先進(jìn)的gci技術(shù)的wave系列分子互作分析儀，究竟能為生物開發(fā)領(lǐng)域帶來什么樣的支持呢？他和傳統(tǒng)的分子互作技術(shù)相比又有哪些差異和優(yōu)勢(shì)呢？本文將針對(duì)以上問題予以解答。
1.關(guān)于光柵耦合干涉技術(shù)（gci）
光柵耦合干涉技術(shù)（grating-coupled interferometry, gci）是一種近年發(fā)展起來的具有高靈敏度的基于芯片的非標(biāo)記生物傳感器技術(shù)，它區(qū)別于依賴熒光和免疫等標(biāo)記分子的傳統(tǒng)分子間相互作用技術(shù)。
通過一次gci實(shí)驗(yàn)，用戶可以快速、準(zhǔn)確、可靠的獲取一整套描述分子間相互作用的信息，包括并不限于結(jié)合有無、結(jié)合特異性、描述結(jié)合強(qiáng)弱的親和力kd或鍵合常數(shù)ka、描述結(jié)合快慢與穩(wěn)定性的動(dòng)力學(xué)常數(shù)（結(jié)合速率常數(shù)ka與解離速率常數(shù)kd）、樣品活性濃度、分子間結(jié)合機(jī)制以及理論熱力學(xué)信息（范德霍夫焓變）等。gci技術(shù)的商業(yè)化產(chǎn)品是creoptix wave系列（2022年初被馬爾文帕納科收購作為旗下label-free分子互作分析平臺(tái)的一員）。
gci技術(shù)具有高靈敏度、分析物的分子量無下限以及捕獲快速解離動(dòng)力學(xué)等優(yōu)勢(shì)，改進(jìn)了基于片段的小分子篩選和動(dòng)力學(xué)分析，與無堵塞的流路集成芯片配合使用，加速了藥物開發(fā)的過程。
圖1 光柵耦合干涉技術(shù)（gci）示意圖
2.弱相互作用也能得到很好的數(shù)據(jù)
在基于片段的篩選中發(fā)現(xiàn)的弱結(jié)合物通常是根據(jù)親和力而不是動(dòng)力學(xué)進(jìn)行排名的，因?yàn)樗鼈兊慕怆x速率常數(shù)kd非?？?，這是傳統(tǒng)的spr儀器無法解決的問題。然而，由于具有超快速的流路切換時(shí)間，creoptix wave系統(tǒng)可以提供出色的分辨率，在高達(dá)10 s-1的解離速率下仍然能夠可靠地確定動(dòng)力學(xué)，提供了一個(gè)多功能的片段藥物篩選和分析平臺(tái)。
使用4pcz wave芯片固定淀粉樣纖維蛋白（amyloid fibrils），小分子硫黃素（tht，319 da）以4種濃度（50 mm ~ 6.25 mm）注入，擬合后顯示出10 s-1左右的解離速率常數(shù)。
圖2淀粉樣纖維蛋白與硫黃素的結(jié)合分析
下圖為在pcp wave芯片上捕獲的6-mer寡核苷酸（1.7 kda）與其互補(bǔ)的ssdna結(jié)合的傳感圖，擬合后顯示出10 s-1左右的解離速率常數(shù)。
圖3寡核苷酸與其互補(bǔ)的ssdna的結(jié)合分析
3.創(chuàng)新的waverapid技術(shù)
加快藥物發(fā)現(xiàn)的早期階段對(duì)于更快地將新藥送到患者手中至關(guān)重要。為了滿足用戶需求，creoptix推出了測(cè)量動(dòng)力學(xué)的新方法。在傳統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，分析物以不斷增加的濃度被注入，每次注射的持續(xù)時(shí)間一樣。然而，creoptix創(chuàng)新的waverapid （repeated analyte pulses of increasing duration）技術(shù)通過以不同時(shí)長注入單一濃度的分析物，不斷增加在芯片表面的脈沖時(shí)間來進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，該方法免去了濃度梯度的稀釋步驟，大大減少了人為稀釋誤差和實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備時(shí)間。
圖4 waverapid與傳統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方法比較
用waverapid和傳統(tǒng)的多循環(huán)動(dòng)力學(xué)測(cè)量小分子化合物fur（分析物）與碳酸酐酶caii（配體）的結(jié)合。使用wavecontrol軟件的“direct kinetics”分析，兩種方法都能提供高度一致的結(jié)果。
圖5waverapid與傳統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的數(shù)據(jù)比較
使用waverapid技術(shù)，在18小時(shí)內(nèi)完成了對(duì)90個(gè)小分子的動(dòng)力學(xué)分析，圖中顯示的結(jié)果為篩選過的具有低統(tǒng)計(jì)學(xué)誤差的速率常數(shù)，突出展示了三種不同結(jié)合強(qiáng)度的相互作用的傳感圖和擬合圖。
圖6 小分子藥物苗頭化合物的waverapid動(dòng)力學(xué)篩選
結(jié)論
conclusion
通過creoptix wave所提供的親和力和動(dòng)力學(xué)信息能夠表征藥物結(jié)合的詳細(xì)動(dòng)力學(xué)機(jī)制，為開發(fā)具有高選擇性的藥物提供了理論基礎(chǔ)，使得未來藥物設(shè)計(jì)中的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)更加合理化。提高通量是藥物發(fā)現(xiàn)過程中經(jīng)常提到的需求，使用waverapid技術(shù)大大縮短了總測(cè)量時(shí)間，在藥物發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
[1] kartal o, andres f, lai mp, et al. waverapid-a robust assay for high-throughput kinetic screens with the creoptix wavesystem. slas discov. 2021; 26(8): 995-1003.
[2] fitzgerald ea, butko mt, boronat p, et al. discovery of fragments inducing conformational effects in dynamic proteins using a second-harmonic generation biosensor. rsc adv. 2021; 11(13): 7527-7537.