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拟抗体类肽纳米片层实现阿尔兹海默氏症血清的检测

注:文末有研究团队简介 及本文作者科研思路分析


阿尔兹海默氏症(Alzheimer's disease, AD)是一种以进行性认知功能衰退为特征的神经退行性疾病,也是最常见的痴呆形式之一。其诊断主要基于临床症状和影像学检测,然而由于其发病隐匿缓慢,这些症状的出现往往落后于病程发展,很大程度上限制了该疾病的早期诊断和早期干预治疗。目前仍然缺乏基于体液,特别是血液的AD无创生化检测方法。国家纳米科学中心杨延莲点击查看介绍胡志远点击查看介绍研究员课题组利用拟抗体类肽纳米片层构建无标记传感器,实现了AD的血清检测,为该领域开拓了新的思路。


众所周知,抗体通过其互补决定区域上的抗原识别环结合抗原。受此启发,国家纳米科学中心的研究团队利用两亲性类肽在气-液界面自组装形成类肽双分子层,也称类肽纳米片层,并通过在两亲性类肽分子中嵌入亲水性的针对AD血清标志物β淀粉样多肽1-42(Aβ42)的特异性识别类肽嵌段,使其随着自组装过程以环状形式暴露在类肽纳米片层两侧作为分子识别探针,并结合表面等离激元共振成像(surface plasmon resonance imaging, SPRi)技术构建无标记生物传感器,检测病人血清中的Aβ42,从而实现AD的血清检测。

图1.(a)嵌入Aβ42特异性识别类肽ADP3嵌段的两亲性类肽;(b)不带有(左)和带有(右)分子识别环的类肽纳米片层荧光显微镜及原子力显微镜的表征;(c)拟抗体类肽纳米片层结合SPRi技术检测血清中Aβ42的示意图。


该拟抗体类肽纳米片层对Aβ42具有高亲和力,能有效鉴别AD和正常人血清,并且对AD血清的检测具有高灵敏度。

图2.(a)拟抗体类肽纳米片层能有效鉴别AD病人和正常人的血清;(b)该技术对AD血清检测具有高灵敏度,将血清稀释8000倍依然能够有效区分AD和正常人的血清。


拟抗体类肽纳米片层形成过程简单,其分子识别环有序密集地展示在稳健的纳米片层支架上,不仅可以模拟抗体结构,而且降低了在检测血清等多组分样品中非特异性结合的问题,是一种新兴的仿生材料。该工作第一次对类肽纳米片层材料赋予了具体功能,引入AD生物标志物的分子识别环,第一次成功用于AD病人血清的检测,将该新型材料推向生物传感应用,为AD的血清诊断及早期筛查提供了新的思路。同时,该技术也将面向液体活检工作,利用类肽纳米片层新型材料构建传感器,发展简单、快速、无创的体液检测技术,为疾病诊断、早期筛查及动态跟踪提供了新的思路。


这一成果近期发表在Advanced Materials 上,文章的第一作者是国家纳米科学中心的朱凌助理研究员和赵子健博士,通讯作者是国家纳米科学中心的杨延莲研究员和胡志远研究员。


该论文作者为:Ling Zhu, Zijian Zhao, Peng Cheng, Zhaohui He, Zhiqiang Cheng, Jiaxi Peng, Huayi Wang, Chen Wang, Yanlian Yang, Zhiyuan Hu

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Antibody-Mimetic Peptoid Nanosheet for Label-Free Serum-Based Diagnosis of Alzheimer's Disease

Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201700057


作者介绍:

杨延莲,国家纳米科学中心研究员、博士生导师;主要研究方向包括:疾病相关的多肽组装结构及其调控的分子机制、基于扫描探针显微技术的纳米表征方法、基于多肽纳米结构的体外检测纳米技术;近年来主要从事循环肿瘤细胞、外泌体等液体活检纳米技术的研究和临床应用。


http://www.x-mol.com/university/faculty/23172


胡志远,国家纳米科学中心研究员、博士生导师,中科院“百人计划”入选者;研究领域为新型纳米材料和纳米技术在转化医学上的应用,探索纳米科学、基因组学和蛋白质组学的交叉前沿,侧重利用纳米科学和系统生物学进行生物标志物的发现及临床应用。


http://www.x-mol.com/university/faculty/23177


科研思路分析


Q:这项研究最初是什么目的?或者说想法是怎么产生的?

A:对于阿尔兹海默氏症来说,液体活检尤为重要,因为阿尔兹海默氏症目前临床上没有针对某个生化指标的诊断方法,其诊断都是依靠临床症状和影像学检查,而阿尔兹海默氏症的发病远远早于临床症状和影像学变化的出现。所以阿尔兹海默氏症的液体活检对于早期诊断和早期筛查以及预后判断非常重要。拟抗体材料适用于发展液体活检传感技术,目前常见的拟抗体材料是工程结合蛋白,其设计过程复杂,技术上成功率不高。而类肽分子具有易合成、生物相容性高的优点,能够简单通过自组装形成纳米片层,所以我们试想能否将类肽分子自组装材料用于液体活检的工作。


Q:研究过程中遇到哪些挑战?

A:类肽分子的设计、合成都是很大的挑战,需要精确调控基团之间的亲和力,不断调试类肽纳米片层生长条件,才能完美得到我们想要的结构,发挥设想的功效。科技上的每一个小小的进步,都凝聚着科研人员背后呕心沥血的付出。


Q:该研究成果可能有哪些重要的应用?哪些领域的企业或研究机构可能从该成果中获得帮助?

A:如上所述,该技术对阿尔兹海默氏症的早期诊断和筛查具有非常重要的意义,利用血清检测阿尔兹海默氏症,低创且灵敏度高,具有很广阔的发展前景,相对于有创的脑脊液生物标志物检查和影像学检查的辐射危害等,这样的液体活检简便、快捷,可以大量应用于常规筛查和病程跟踪检查。因此该工作对阿尔兹海默氏症等淀粉样疾病的早期诊断和筛查是不言而喻的。该技术发展的最大受益者应该还是阿尔兹海默氏症的潜在患者人群,能够在患病初期、出现症状之前及时接受治疗,对患者及其家人的具有重要的意义。


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