تطبيق تحليل الجزيء المفرد FCS في تطوير تقنية جديدة لفصل البلازما

نظرة عامة على البحث

في التشخيص السريري والاختبار في نقطة الرعاية (POCT) ، لا يزال فصل البلازما بسرعة من الدم الكامل تحديًا حاسمًا. على الرغم من أن الطرد المركزي التقليدي فعال للغاية، إلا أنلا يصلح في السيناريوهات التي تتطلب قابلية النقل، معالجة عينات صغيرة للغاية، أو إمدادات الطاقة خارج الشبكة.

لمعالجة هذه المشكلة، نشر فريق بحث بقيادة البروفيسور يانغ هوي في معهد شنشن للتكنولوجيا المتقدمة، الأكاديمية الصينية للعلوم، دراسة مبتكرة فيالأنظمة الدقيقة والهندسة النانوية، مقترح جهاز فصل بلازما خال من الطاقة على أساس المغناطيسية السلبية.

الابتكار الرئيسي لهذا الجهاز يكمن في"مجموعة مغناطيسية طويلة قصيرة متناوبة مزدوجة هالباك"يسمح هذا التصميم بفصل خلايا الدم بشكل فعال و ثابت من البلازما داخل الدم الكامل عن طريق القوى المغناطيسية دون الحاجة إلى مصادر طاقة خارجية أو مضخات دقة.

قام الفريق بتحقق من كفاءة الفصل من خلال التجارب على عينات الدم الكامل للجرذ والإنسان. They successfully applied the device to rapid detection in simulated medicine metabolism assays (including fluorescent antibody concentration and hydrodynamic radius analyses) and COVID-19 IgG antibody detectionأظهرت النتائج اتساقًا كبيرًا مع الطرد المركزي التقليدي ، مما يدل على أن هذا الجهاز يقدم تكلفة منخفضة ،حل سهل التشغيل لتحليل كيميائي حيوي سريع في إعدادات محدودة الموارد.

تكنولوجيا FCS: "المعيار الذهبي" للتحقق من جودة الفصل

للتحقق من ما إذا كان البلازما المنفصلة عن طريق المغناطيسية السلبية مناسبة لتحليل دوائي (PK)قام فريق البحث بإدخال تقنية كشف لجزيء واحد حساسة للغاية:طيف التشابك الفلورسنت (FCS).

قام الباحثون بمزج الأجسام المضادة المشار إليها بالفلوروسنت بتركيزات مختلفة (10 ن م، و 20 ن م، و 40 ن م) في دم الفئران الكامل.تم الحصول على البلازما من خلال الفصل المغناطيسي السلبي والطرد المركزي القياسي في خطوتين، تليها تقييم مقارن باستخدام FCS.

النتائج الرئيسية:

• اتساق حجم الجسيمات:أظهر نصف قطر الهيدروديناميكي الظاهر للجسم المضاد (قيمة $ \tau_ D$) الذي تم قياسه بواسطة FCS اتساقًا كبيرًا بين المجموعتين ، مع اختلاف أقصى قدره 14. 1٪ فقط.هذا يشير إلى أن عملية المغناطيسية السلبية لطيفة بشكل ملحوظ، لا تسبب تجميع أو تدهور الأجسام المضادة وتحافظ على تشكيلها الأصلي.

• دقة التركيز:كانت تركيزات الأجسام المضادة التي تم قياسها عبر كلا الطريقتين قريبة بشكل استثنائي ، مع اختلاف أقصى قدره 16. 3٪.هذا يؤكد أن المغناطيسية السلبية لا تسبب فقدان البروتين المحدد أو امتصاص غير محدد.

هذه النتائج تثبت بقوة أن الفصل المغناطيسي السلبي يحقق معادلة جودة مع الطرد المركزي "المعيار الذهبي"توفير البيانات الضرورية لمراقبة الجودةمراقبة موثوقة لتركيز الدواء.

الشكل 5:نتائج الكشف السريع عن تحويل الأدوية المحاكاة.

• أ:سير العمل في اختبار التمثيل الغذائي للأدوية عند الفئران.

• بـدنتائج الكشف عن الأجسام المضادة الفلوريسنتية في البلازما التي تم فصلها عن طريق الفصل المغناطيسي مقابل الطرد المركزي في تركيزات الأجسام المضادة من (ب) 10 nM ، (ج) 20 nM ، و (د) 40 nM.

• e:مقارنة تركيز الأجسام المضادة الفلورسنتية وقيم τD (مقياس يرتبط بالحجم الهيدرو ديناميكي للأجسام المضادة) في عينات البلازما بعد الفصل المغناطيسي مقابل الطرد المركزي.

لماذا هي ميزة التقنية لـ FCS لا غنى عنها؟

لعبت FCS دورًا حاسمًا في هذه الدراسة بسبب قدراتها التحليلية المتميزة:

1. حساسية جزيء واحد:تحدد بدقة الجزيئات الفلوريسنتية ضمن نطاق pM إلى nM ، مما يتفوق بكثير على الأساليب التقليدية ويجعلها مثالية لتتبع تركيزات الأدوية الديناميكية في الحياة.

2. الحد الأدنى لمتطلبات العينة:يتطلب فقط 30 ميكرو لتر من البلازما لكل مقياس، وهذا أمر حيوي للدراسات على الحيوانات الصغيرة مع قيود صارمة على حجم الدم، مما يتيح أخذ عينات متسلسلة متعددة النقاط دون المساس بصحة الحيوان.

3. قياس في الموقع بدون تحليل:يحدد FCS مباشرة جزيئات الهدف من خلال تقلبات الفلوروسانس داخل حجم كونفوكال حتى في وجود البروتينات المعقدة، الدهون،أو الجزيئات النانوية المغناطيسية المتبقية ‬التي تقضي على الأخطاء الناجمة عن التنقية وخسائر الاسترداد.

4. تحليل التركيز والحجم في وقت واحد:وبالإضافة إلى التركيز، يحدد FCS معامل الانتشار (τD)التي تعمل كمقاييس رئيسية لتقييم حالة تجميع أو تدهور الأدوية.

5. أداء سريع عالية الصلبة:يتم إتمام القياسات الفردية في سرعة 10 ثوان، مما يجعلها مناسبة للغاية لمعالجة عينات الحيوانات عبر نقاط زمنية متعددة وجماعات في الدراسات الدوائية الدوائية عالية الإنتاجية.

أهمية البحث وآفاق تطبيق FCS

هذه الدراسة تمثل أول إدماج لمصفوفة مغناطيسية مزدوجة هالباك مع التشغيل المغناطيسي السلبي"سلبية، خالية من المضخة، قابلة للتكيف للغاية"منصة فصل البلازما. إنه يتغلب على الاعتماد التقليدي على الطاقة الخارجية والمعدات الضخمة مع توفير كفاءة فصل ممتازة وتوافق الاختبار في الأسفل.

خلال هذا العمل، كان FCS بمثابة مقياس لا يمكن استبداله، مما يوفر دليلًا كميًا على موثوقية المغناطيسية السلبية وسلامة العينة.هذه الأساسية المنهجية تدعم التطبيقات المستقبلية في علم الدواء القائم على الفلوريسانس، اكتشاف العلامات الحيوية، ومراقبة الأدوية العلاجية (TDM).المزاوجة بين FCS مع أجهزة فصل البلازما المحمولة تعد بتحرير جيل جديد من الأدوية الحد الأدنى من الغزو، نقطة الرعاية، وحلول التشخيص السريري الدقيقة.

حول تكنولوجيا FCS

طيف التشابك الفلورسنت (FCS)تقيس الخصائص الجزيئية/الجسيمات النانوية مثل التركيز المولري، وضوء/حالة التجميع، معامل الانتشار/القطر الهيدروديناميكي، وذات الصلة (K)_دقيم) في دقة جزيء واحد في عينات الحجم الدقيق (~ μL) أو الخلايا الحية. كأداة تحليلية متجانسة ، في الموقع ، ومحتوى عالFCS متوافقة تمامًا مع المصفوفات الفسيولوجية (بما في ذلك الليزات الخلوية والدم الكامل).

تستخدم FCS وتقنياتها المشتقة على نطاق واسع في إشارة الخلايا ، وفصل المرحلة السائلة - السائلة (LLPS) ، والتعديل / تجميع الجزيئات الحيوية ، وآليات الهيكل الوظيفي ،تطوير الطب النانوي، تحليل الجسم الخارجي، هندسة المسبار الفلورسنت، فحص الأجسام المضادة / الأدوية، والميكروفلويديكس. حتى الآن، تم فهرسة أكثر من 15،000 ورقة أكاديمية تستفيد من FCS في PubMed.

عن تحليل التفاعل الحيوي الجزيئي لـ (جي إل إم-لايفيتيك)

الـتحليل التفاعل الجزيئي من سلسلة MIA FCS للكينيتيك الجزيء الواحدهي منصة حساسة للغاية لجزيء واحد تستند إلى طيف التشابك الفلوريسنتي (FCS). من خلال الكشف عن تقلبات كثافة الفلوريسنت داخل حجم المراقبة المجهرية ،يصف التفاعلات والخصائص البيولوجية على مستوى جزيء واحد.

باستخدام خوارزميات الارتباط لحل إشارات المجال الزمني ، لا يتطلب النظام أي خطوات لفصل أو تنقية (الكشف المتجانس). مع أحجام العينات التي تبلغ بضع عشرات من الميكروليترات فقط ، يستخدم النظام أجهزة التشغيل الالكترونية المختلفة في جميع أنحاء العالم.يقدم تحليلاً كمياً عالياً للتركيز، حجم الجسيمات، معامل الانتشار، والعلاقة (K_د) في غضون ثواني

مجالات التطبيق الأساسية:

• الطب اكتشاف وتطوير

• علم الأحياء الخلوية

• الكيمياء

• الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية

• البيولوجيا الهيكلية

• الفيزياء الضوئية