MP-SPR应用 - 植入材料表面癌细胞实时检测与细胞粘附

       植入物被植入人体后，会被蛋白质和细胞覆盖。为了了解这些界面上的相互作用，需要使用体外工具。允许动态和静态流动条件的实时无标签平台被用来了解细胞粘附，并以这种方式提高植入物的兼容性。同样的特点也有利于基于细胞检测的生物传感器的发展。细胞也可以用作临床生物传感器(用于癌症)研究中的分析物。

      采用多参数表面等离子体共振(MP-SPR)技术测定了人间充质干细胞(ADMSC)和溶菌酶蛋白在几十微米厚的羟基磷灰石(HA)表面上的附着。羟基磷灰石是存在于牙齿和骨骼中的一种成分，其合成形式被广泛用于骨科假体中，以增强种植体的骨整合。MP-SPR测量结果表明，细胞倾向于与HA涂层结合，而不是金涂层。

      在另一项实验中，开发了一种生物传感器来检测肿瘤细胞，测定乳腺癌细胞(MCF7)和非癌细胞(MCF-10A)与表面结合的靶向肽(18-4)和参比肽的结合情况。生物传感器表面能够区分癌细胞和正常细胞。

简介

       在药物发现和生物传感器开发领域，通常需要确定生物分子相互作用。表面等离子体共振(SPR)是一种成熟的实时测量无标记分子相互作用的方法。强大的多参数表面等离子体共振(MP-SPR)仪器可以进行宽角度范围(40-78度)和多个波长的测量，这将SPR的适用性扩展到组织工程和使用全细胞和纳米颗粒的生物传感。广泛的测量范围使得MP-SPR能够测量比SPR场穿透深度厚得多的薄膜，例如微米厚的聚合物、陶瓷薄膜或活细胞。

实验结果讨论

       羟基磷灰石(HA)在基质上形成数十微米厚的多孔层。扫描电镜(SEM)测得其厚度为24±6 μm（图二）。在金表面，细胞粘附在10分钟内达到平台值。相比之下，HA表面的结合明显较慢，90分钟后才达到平台期（图三）。AD-MSC细胞在羟基磷灰石表面的附着明显强于金表面。多孔羟基磷灰石涂层的有效表面积大于金表面的有效表面积。

                   图二：在空气中测量有和没有HA涂层的TiO₂传感器滑动的全SPR曲线

图三：与金相比，AD-MSC细胞在羟基磷灰石(HA)上的粘附明显更强。

       这影响结合率和细胞的粘附量，透明质酸有利于细胞附着，从而促进种植体骨整合。溶菌酶蛋白与透明质酸涂层紧密结合(图四)。然而，部分蛋白质在漂洗过程中与表面分离，表明蛋白质和透明质酸涂层之间的相互作用相当弱。

图四：溶菌酶在羟基磷灰石涂层上的结合动力学

       癌细胞(MCF7)与靶肽的结合明显强于与参比肽的结合(图五)。两种细胞类型均与参考肽表面结合，表明细胞对底物的非特异性结合程度较低。非癌细胞与目标肽的结合甚至低于与参考表面的结合，从而表明对癌细胞具有理想的肽选择性。肽表面对癌细胞的敏感性低至5±3个细胞/mL。

图五：癌细胞(MCF7)和非癌细胞(MCF10A)与靶肽和参比肽的结合。

结论

       MP-SPR测量细胞在几微米厚的涂层上以及在表面固定的靶分子上的粘附性。这种实时技术适用于测量各种材料的结合动力学，从金属(TiO₂)和陶瓷(HA)到软材料材料(PDMS)。MP-SPR测量在受控温度(15至45°C)和静态和动态流动条件下，从而使仪器强大并能为活细胞传感。