来自科学东京的研究人员宣布开发了一种具有突破性的基于纳米体的免疫传感器，该传感器在未经稀释的生物液体和极端条件下可靠运行。这种创新工具利用生物发光共振能量转移（BRET），在现场检测、监测治疗药物以及使用基于纸张的设备进行各种环境应用中具有重要前景。
免疫传感器是生物化学和医学科学中至关重要的仪器，提供了可靠的方法来检测特定的生物分子。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，因而在临床诊断、食品安全监测和环境评估等领域中至关重要。随着对更高效、价格低廉的检测方法需求的增加，研究人员持续推进免疫传感器技术的发展。一个显著的研究重点是开发不需要长时间洗涤过程的同质免疫传感器。
一种特别有前景的同质免疫传感器类别，称为Quenchbodies（Q体），在抗原与其结合时会产生荧光。在它们不活跃的“淬灭”状态下，Q体不发光；然而，当它们与抗原相互作用时，会经历结构变化，从而通过释放淬灭状态来产生光。尽管它们有潜在的优势，Q体受到了显著缺点的制约：它们难以在未经稀释的生物液体中有效工作，例如血液或牛奶，并面临在用于现场检测（POCT）的基于纸张的设备中的储存和应用挑战，这些设备涉及未经稀释的生物液体或出于安全目的使用的还原剂。
为了应对这些挑战，日本东京科学研究所的一个研究团队，由副教授北口哲也领导，旨在创造一种不受这些限制的新型免疫传感器。他们开发了一种新型Q体，将纳米体的强度与生物发光的简单检测能力相结合。他们的革命性设计于2024年11月11日在《ACS Sensors》上发布，预计将显著推动免疫传感器技术在临床和环境领域的应用。
研究人员将纳米体与NanoLuc（一种荧光素酶）以及一种著名的荧光染料TAMRA结合在一起。这一设计的核心是纳米体——从骆驼身上获得的小型、极为稳定的抗体片段。这些纳米体在恶劣条件下展现出卓越的抗变性，使其非常适合POCT。此外，免疫传感器还包含NanoLuc，它在与底物相互作用时会发出蓝光。与荧光相比，其亮度和最小的光散射使其特别适合与未经稀释的生物液体（如血液或牛奶）一起工作。
该过程的运作方式如下：当靶抗原附着在纳米体上时，会触发结构变化，使TAMRA染料更靠近NanoLuc酶。这种接近减少了TAMRA的淬灭效应，并促进了两种分子之间的能量转移，从而导致NanoLuc反应的蓝光向TAMRA的红光转变。不同波长下发出的光强度比率与靶抗原的浓度成正比，从而能够实现准确而敏感的定量，甚至可以使用智能手机等便携式设备进行检测。
研究人员通过一系列实验验证了他们的新设计。北口指出：“我们开发的BRET纳米Q体免疫传感器展现出对温度波动的优越稳定性和在有机溶剂及洗涤剂等挑战性环境中的耐受力，这得益于纳米体的坚固结构。它在牛奶、血清和全血等生物液体中同样有效，无需稀释，这得益于生物发光的发射比率显著变化。”
此外，团队还利用BRET纳米Q体在纸张设备中评估化疗药物浓度，探索其在POCT中的潜力。他们的研究结果相当乐观。北口强调：“纸张设备即使在没有温度调控的长期储存后也表现良好，表明它们在生物液体和环境样本中无需稀释的有效性。这种能力使其适合在床边、现场和家庭中使用。我们预见到基于纸张的平台将显著改变治疗、诊断和环境应用中的原位检测。”
总之，这项研究展示了如何将分析生物化学的各种概念整合成一种卓越的技术进步——这可能会增强我们的日常生活并帮助保护环境。
