免疫磁珠分离快速检测系统

细胞因子是免疫反应中分泌的一类蛋白质，机体的免疫反应通常是由多个细胞因子控制的。许多生物公司都在开发各种用于同时检测几十种细胞因子的试剂盒，目前最受欢迎的试剂盒采用了免疫磁珠技术使实验操作简便、细胞因子识别范围大。文中罗列了几种市面上常见的免疫磁珠检测的产品及其性能比较。　　细胞因子是机体免疫反应中不同细胞分泌的一类小蛋白质。例如，当白细胞介素4(IL-4)单独发挥作用时，它使得B细胞增殖，并生产出特定类型的抗体。但干扰素-&gamma (IFN-&gamma )同时存在时，会减少B细胞的数目并改变它们产生抗体的类型。麦吉尔大学蒙特利尔神经学研究所的实验治疗计划主任Amit Bar-Or指出，这表明免疫反应并不是单一的细胞因子指导的。　　在过去的10年中，许多大的生物公司生产出来各种用于同时检测几十种细胞因子的试剂盒。许多试剂盒利用一对抗体进行检测，其中一个用来捕获细胞因子，另一个用来检测所捕获的细胞因子。一些试剂盒将捕获的抗体附加到一个平坦的表面，例如传统的酶联免疫吸附。但现在比较流行的试剂盒的做法是，研究人员将他们的样品添加到包含不同类型的混合免疫磁珠的培养板中。每一种类型的磁珠表面都包被着所测量细胞因子对应的抗体类型，并且与不同的荧光染料相结合，以便在混合物中区分不同的磁珠。样品加入后，成功捕获抗体的磁珠的荧光分子标记能够将它们与空磁珠区分开来。基于磁珠的检测方法一般使用由Luminex公司开发的Luminex免疫磁珠，这种微珠需要特殊的仪器进行检测 或者使用与微珠兼容的传统流式细胞仪检测。Luminex的相应仪器设备可以区分100到500种不同比率荧光染料的免疫磁珠，磁珠一般含有两种或三种染料，因而不同的染料比率能够形成多达100到500种荧光而被识别，而传统流式细胞仪只能测量30种染料组合。　　研究人员往往会基于特定的细胞因子选择多路复用试剂盒，尽管许多公司出售的试剂盒提供的面板很大。有些公司可以提供小面板试剂盒的定制工作，帮助研究人员缩小他们想了解的免疫反应、疾病或治疗相关的细胞因子范围。无论广告上介绍得有多好，验证试剂盒功效的最好方式就是逐个使用不同的试剂盒来检测同一个样品。Bar-Or建议在实验前可以与试剂公司沟通获得试用折扣。　　接下来就介绍市面上最受欢迎的几种基于Luminex免疫磁珠检测的流式细胞仪检测系统。　　BIO-RAD　　Bio-Plex Pro系统　　根据2012年对北美和欧洲学术界研究人员和生物技术/制药公司的调查，Bio-Rad公司是目前北美市场最大的抗体检测试剂盒卖家，他们生产的试剂盒采用Luminex公司的免疫磁珠。Life Technologies公司和EMD Millipore公司分别位居第二和第三。　　研究人员可以利用Bio-Rad公司的系统来测量64种不同的人类细胞因子，同时公司也提供可以一次性捕捉21到27种细胞因子的试剂盒。使用该公司的在线工具，研究人员还可以设计细胞因子检测磁珠、定制一个较小的磁珠子集或购买特定类型的磁珠。Bio-Rad公司检测也适用于检测小鼠和大鼠的细胞因子，也可用于为犬和灵长类动物做特定的疾病检测。　　优势：该公司提供不包含重复探针的21- and 27-plex试剂盒，因此研究人员可以通过两组平行试验捕捉到48种细胞因子，从而扩大探索免疫反应的范围。　　挑战：与大多数多路复用分析一样，Bio-Plex系统检测细胞因子的能力取决于研究人员所用的样本类型。Bio-Rad的17-plex试剂盒擅长探测样本中的IFN-&gamma ，而在Bar-Or的一个研究中，他们发现Bio-Rad的10-plex试剂盒对于低浓度血清样品中的IFN-&gamma 敏感度很差。　　价格：试剂盒价格从850美元(3-plex)到的3500美元(27-plex)不等。Single-plex子集每个售价200美元。　　EMD MILLIPORE　　Milliplex　　Millipore的系统能捕获最广泛的细胞因子：108种人类细胞因子以及小鼠、大鼠、猴、狗、猪的细胞因子。Millipore公司最大的试剂盒可以同时检测41种人体细胞因子，其中大部分与Bio-Rad公司的48种重叠。41个细胞因子通常可以在同一样品中被检测到，虽然一些细胞因子在血清和血浆中浓度很高，需要稀释和独立的测量。　　优势：除了广泛的细胞因子检测能力，Millipore试剂盒只需要25微升样品量，这是其它试剂盒所需样品的一半。对于西雅图华盛顿大学医学副教授Stephen De Rosa来说，Milliplex比Bio-Rad、 Life Technologies和 BD Biosciences生产的试剂盒的样本重复测量的一致性更高。尽管如此，研究人员还是应该找到针对自己样品最合适的试剂盒。　　挑战：公司在试剂盒中应当使用标准细胞因子蛋白制剂，如若不然，不同批次的试剂盒得到的结果很难进行比较。公司正在试图解决这一问题，例如每一批次的试剂盒都提供相应的标准对照。　　成本：试剂盒价格范围从500美元(single-plex)到1100美元(5-plex)不等，41-plex试剂盒售价在5300美元。　　LIFE TECHNOLOGIES　　Novex Multiplex Assays　　Life Technologies生产的测定人类细胞因子最大的试剂盒型号是30-plex和25-plex。几乎所测定的所有细胞因子都与Bio-Rad和Millipore试剂盒重叠。试剂盒可用于小鼠、大鼠、猪、猴的细胞因子。　　Bio-Rad公司和Millipore公司已逐渐转向使用2007年首次推出的Luminex磁珠，Life Technologies除了磁珠试剂盒外，仍然继续为喜欢他们和有需要的研究人员提供非磁珠试剂盒。使用磁珠检测，可以使抗体与结合因子之间的洗涤更加简单，因为磁珠可被磁铁吸引，研究人员可以简单地反转亲和板倾倒液体。而非磁性珠，研究人员必须使用特殊的方法进行分离，非常复杂。　　优势：兹堡大学的癌症研究所免疫学监测和细胞产物实验室的Lisa Butterfield说她选择Life Technologies试剂盒的原因是这家公司是唯一会向她提供定制面板的微珠有轻微的交叉反应说明的Luminex磁珠供应商，这对她的研究非常重要。　　挑战：一些研究人员可能回避使用Novex试剂盒，因为细胞因子的面板相对较小。　　价格：无论磁珠还是非磁珠，试剂盒价格范围从585美元(2-plex)到3,400美元(30-plex)不等。　　BD BIOSCIENCES　　Cytometric Bead Array (CBA)　　虽然生产的试剂盒没有Luminex公司那么受欢迎，BD Biosciences公司仍然占有最大的市场份额。　　目前BD销售6种试剂盒，可以检测7种人类细胞因子，同时他们也提供小鼠和灵长类动物细胞因子的试剂盒。虽然提供的操作板小于Luminex公司，但他们的这种设计的目的是研究特定的生物过程，如过敏性反应或感染的炎症反应。除此之外，如果客户购买了测量单一细胞因子种类的免疫微珠子集，也可以将它们通过不同的组合混合在一起，同时检测多达30种细胞因子。　　优势：伊坎医学院儿科助理教授 Madhan Masilamani选择了BD的CBA试剂盒，因为他的实验室里已经有流式细胞仪，使用别的产品必须花时间到别的地方使用仪器。　　挑战： BD正在销售下一代流式细胞仪Accuri C6，能够简化使用流程。CBA试剂盒使用非磁珠，即使CBA减少了洗涤和加入试剂的步骤，但是检测步骤依然比较繁琐。　　价格：根据操作面板的不同，试剂盒售价在1200美元到1500美元不等。Individual Flex Sets售价为250美元，购买相应的缓冲液需要附加225美元。CBA数据分析的流式细胞仪软件售价为1500美元左右。

近年来分子生物学发展迅速，以核酸杂交、核酸扩增和核酸序列分析为代表的分子诊断和检测技术在诸多领域中有着至关重要的作用。而核酸提取则是下游核酸检测、研究或产品开发的起点。自1869年核酸被首次发现以来，全球的核酸研究者在从复杂多样的生物样本中迅速有效地分离和提取所需的核酸，并保证提取后的核酸质量及其完整性方面进行了不懈的探索，并取得了很多突破性的进步。目前主流的核酸提取方法主要是离心柱法与磁珠法，针对少量样本，可以选择磁珠法及离心柱法，磁珠法更可实现高效微量核酸提取。不过针对大量样本，若选择离心柱法提取核酸，不仅会增加工作量，延长提取时间，还可能因手工操作引起的失误降低提取过程的准确性。核酸提取流程近期，由中国水产科学研究院吴立冬博士团队（多功能磁珠团队）开发的将磁珠法于核酸提取方面的新应用取得突破性进展。据了解，该技术只需借助磁力架或核酸自动提取仪，利用磁珠的磁性来实现自动化、高通量操作，用一个样品的提取时间即可实现对N个样品的处理(如96通道核酸自动提取仪)，效率直接提高N倍，符合生物学高通量的操作要求；特别是在传染性疾病爆发时能够进行快速及时的应对。纳米尺度磁珠功能化磁珠据介绍，目前磁珠表面已经完成金属有机聚合物修饰、谷胱甘肽修饰及包金磁珠的制备，并已经在浙大第一医院、广州大学及十几家快检公司推广使用，有待成果转化。在3月末由全国卫生产业企业管理协会医学检验产业分会（CAIVD）主办的“亮检验--第四届体外诊断青年企业家论坛”上，吴立冬博士团队还凭借此成果获得了 “最具技术创新奖”。据悉，多功能磁珠团队是一个在磁珠合成领域深耕5年的创业团队。五年来，其在核酸和蛋白提取纯化领域建立了独特优势，覆盖非洲猪瘟病毒、新冠病毒等全套分子诊断试剂盒服务。多功能磁珠团队以纳米磁珠技术为核心，通过试剂开发和设备技术整合，面向生物科研、体外诊断和基因检测领域，提供科研和工业级别的纳米磁珠原料、核酸提取试剂盒、蛋白偶联纳米磁珠中间体、免疫磁珠、配套自动化设备及生物耗材等系列产品。吴立冬博士介绍，未来，随着生命科学的蓬勃发展，基因检测作为生命科学研究、疾病诊断的基础也将随之快速发展，如精准医学、无创产检（NIPT）、液体活检、微生物组学研究等等，都需要对生物样本进行各项精细化处理。多功能磁珠团队为满足不同生物样本处理的需求，将开发出更多生物医学样本处理方案，可实现对粪便、唾液、血液、血浆等样本的采集、储存、运输、分离纯化、免疫标记、核酸检测等处理流程，并可提供高通量、大体积自动化提取整体解决方案。

12月16日，由亚辉龙（688575）任牵头单位、中国医学科学院阜外医院周洲教授担任项目负责人的“高性能免疫现场快速检测系统研发”项目启动会在深圳成功召开，该项目属于“十四五”国家重点研发计划“诊疗装备与生物医用材料”重点专项，由一支产学研医检的多学科优势团队共同参与，本次项目启动会旨在交流心脑血管诊断研究进展，讨论快速免疫检测系统关键技术与项目实施方案，以保证高质量完成重点专项。　　中国科学院院士、南方科技大学代理副校长顾东风，加拿大健康科学院院士、香港中文大学（深圳）医学院创院院长郑仲煊，国家卫健委中国生物技术发展中心副主任郑玉果，深圳市发展和改革委员会副主任王浚，深圳市科技创新委员会副主任钟海，龙岗区人民政府副区长张玉庆等领导出席会议。在数百名专家和嘉宾的共同见证下，“高性能免疫现场快速检测系统研发”项目正式启动，并在会议上成立了项目指导专家组。　　专家代表在会议提问环节向记者表示，心脑血管疾病是中国居民致死率最高的疾病之一，在急性心梗的死亡病例中，约有50%-70%的患者都是因为在到达医院前没能得到及时正确的抢救而耽误了救治，高性能免疫现场快速检测便成为了心脑血管急危重症临床诊疗的必要手段。针对现场快速免疫检测准确定量的临床需求，项目通过关键技术攻关，构建并优化高性能免疫现场快速检测系统，完成多种心脑血管标志物检测试剂的研发，致力于解决现场全血检测干扰多、微量检测灵敏度低、检测环节点多耗时长等问题，整体提升现有危急重症等特定场景下的医疗服务能力。　　据亚辉龙介绍，项目重点攻关的技术之一就是开发基于微流控化学发光技术的心脑血管疾病检测系统，涵盖仪器、试剂、芯片三大部分，这也是公司目前重点布局的研究方向。微流控免疫检测技术是一种对微纳升流体进行操控的新兴科学技术，相比以往大部分疾病检测需要在特定的医护条件下在大型仪器上进行抽血、上机、离心等复杂操作，微流控技术可将样本分离和免疫检测的多个步骤集成到微小芯片上，可仅用一台电脑主机大小的仪器实现即时检测，用血量也大大减少。与同类其他技术相比，微流控表体比大、传质短、传热快、反应体系转化率高，具有样本用量少、分析速度快和易实现多联检的优势，为心脑血管多标志物现场快速检测提供了一个新的平台，为抢救病人争夺了宝贵的黄金时间。公司负责人表示，该项目预计在4年的执行期内完成多项相关创新产品的发布，实现微流控芯片和光检测装置国产化。　　资料显示，亚辉龙是国产化学发光的领导品牌之一，在自身免疫、生殖健康、糖尿病、感染性疾病等诊断领域拥有突出优势，拥有国内领先的体外诊断产品研发能力和成果转化能力。　　亚辉龙董事长胡鹍辉表示，本项目的获批，是国家对亚辉龙在生物医药检测领域的研发和应用能力的认可，体现了其在技术创新实力、组织管理能力和人才积累等方面的优势，有利于亚辉龙进一步加强微流控前沿生物检测技术研发，对于全面提升心脑血管病急危重症诊疗能力具有重要意义。“未来，亚辉龙将继续坚持做好研发创新，主动扛起社会责任的大旗，发扬优势和特色，进一步深化与各高校、医院及国内外科研机构的紧密合作，合力推动”产、学、研、用“一体化发展，共同探索和推进前沿科学技术的研究和应用，打造更多具有创新技术和竞争力的产品，为解决百姓看病难、看病贵做出更多努力，为国家医疗卫生事业的高质量发展持续贡献力量！”