Anwendung der FCS-Einzelmolekülanalyse bei der Entwicklung neuartiger Plasmatrenntechnologie

Überblick über die Forschung

In der klinischen Diagnostik und im Point-of-Care-Test (POCT) bleibt die schnelle Trennung von Plasma und Vollblut eine kritische Herausforderung.in Szenarien, in denen die Portabilität erforderlich ist, fehlt, ultrakleine Probenverarbeitung oder Stromversorgung außerhalb des Netzes.

Um dieses Problem zu lösen, veröffentlichte ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Yang Hui am Shenzhen Institute of Advanced Technology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften eine innovative Studie inMikrosysteme und Nanotechnik, die eine leistungsfreie Plasmaspaltungsanlage auf der Grundlage einer negativen Magnetophoresis vorschlägt.

Die Kerninnovation dieses Geräts liegt in seiner"lang-kurze wechselnde doppelte Halbach-Magnetanlage".Dieses Design ermöglicht eine effiziente, statische Trennung von Blutzellen vom Plasma im Vollblut mittels magnetischer Kräfte, ohne dass externe Energiequellen oder Präzisionspumpen benötigt werden.

Das Team validierte die Trennwirksamkeit durch Experimente mit Ratten- und menschlichen Vollblutproben. 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 detectionDie Ergebnisse zeigten eine hohe Übereinstimmung mit der herkömmlichen Zentrifugation und zeigten, daß dieses Gerät eine kostengünstige Lösung bietet.einfach zu bedienende Lösung für eine schnelle biochemische Analyse in Ressourcenbeschränkten Umgebungen.

FCS-Technologie: der "Goldstandard" für die Qualitätsvalidierung der Trennung

Um zu überprüfen, ob Plasma, das durch negative Magnetophoreze getrennt wurde, für eine nachgelagerte pharmakokinetische (PK) Analyse geeignet ist,Das Forscherteam führte eine hochempfindliche Einmoleküldetektionstechnik ein.:Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie (FCS).

Die Forscher mischten fluoreszierend markierte Antikörper in verschiedenen Konzentrationen (10 nM, 20 nM und 40 nM) mit Vollblut von Ratten.Das Plasma wurde sowohl durch negative Magnetophoresis-Trennung als auch durch Standard-Zwei-Stufen-Zentrifugation gewonnen., gefolgt von einer vergleichenden Bewertung mit Hilfe von FCS.

Kernergebnisse:

• Partikelgrößenkonsistenz:Der durch FCS gemessene scheinbare hydrodynamische Radius ($\tau_D$ Wert) der Antikörper zeigte eine hohe Konsistenz zwischen den beiden Gruppen, mit einer maximalen Varianz von nur 14,1%.Dies zeigt, dass der negative Magnetophoresis-Prozess ist bemerkenswert sanft, die keine Antikörperaggregation oder -abbau verursachen und ihre natürliche Konformation bewahren.

• Konzentrationsgenauigkeit:Die Antikörperkonzentrationen, die bei beiden Methoden gemessen wurden, waren außergewöhnlich nahe, mit einer maximalen Varianz von 16,3%.Dies bestätigt, dass eine negative Magnetophoresis keinen spezifischen Proteinverlust oder eine unspezifische Adsorption verursacht..

Diese Ergebnisse beweisen eindeutig, daß die negative Magnetophoresis-Separation qualitativ gleichwertig mit der "Goldstandard"-Zentrifugation ist.die Bereitstellung wesentlicher Daten zur Qualitätskontrolle für den Einsatz in schnellen, eine zuverlässige Überwachung der Arzneimittelkonzentration.

Abbildung 5:Schnelle Erkennungsergebnisse von simuliertem Medikamentenstoffwechsel.

• a:Arbeitsablauf der Metabolismusprüfung von Arzneimitteln bei Ratten;

• b ̇ d:FCS-Ergebnisse der Detektion von fluoreszierenden Antikörpern im Plasma, die durch magnetische Trennung bzw. Zentrifugation bei Antikörperkonzentrationen von b) 10 nM, c) 20 nM und d) 40 nM getrennt wurden;

• e:Vergleich der Fluoreszenz-Antikörperkonzentration und τD-Werte (eine Metrik, die mit der hydrodynamischen Größe des Antikörpers in Verbindung gebracht wird) in Plasmaproben nach magnetischer Trennung und Zentrifugation.

Warum ist der technische Vorteil von FCS unerlässlich?

FCS spielte aufgrund seiner ausgeprägten analytischen Fähigkeiten eine entscheidende Schiedsrichterrolle in dieser Studie:

1. Einmolekülempfindlichkeit:Es quantifiziert präzise fluoreszierende Moleküle im Bereich von pM bis nM, was die herkömmlichen Methoden weit übertrifft und es ideal für die Nachverfolgung dynamischer Medizinkonzentrationen in vivo macht.

2. Mindestprobenzahl:Dies ist für kleine Tierversuche mit strengen Blutvolumengrenzwerten von entscheidender Bedeutung und ermöglicht eine mehrpunktige serielle Probenahme ohne Beeinträchtigung der Tiergesundheit.

3. Ansatzfreie Messung vor Ort:FCS quantifiziert gezielte Moleküle direkt durch Fluoreszenzfluktuationen innerhalb eines konfokale Volumens, auch in Anwesenheit komplexer Proteine, Lipide,oder restliche magnetische Nanopartikel, die Reinigungsfehler und Rückgewinnungsverluste beseitigen.

4. Gleichzeitige Konzentrations- und Größenanalyse:Abgesehen von der Konzentration ermittelt die FCS Diffusionskoeffizienten (τD),die als wichtige Kennzahlen für die Bewertung des Aggregations- oder Abbaustandes von Arzneimitteln dienen.

5. Schnelle Hochleistungsleistung:Einzelne Messungen werden in nur 10 Sekunden durchgeführt, so dass es sich gut für die Verarbeitung von Tierproben in mehreren Zeitpunkten und Kohorten in Hochleistungs-Pharmakokinetikstudien eignet.

Bedeutung der Forschung und Anwendungsperspektiven von FCS

Diese Studie markiert die erste Integration einer erweiterten Doppel-Halbach-Magnet-Array mit statischer negativer Magnetophoresis, um eine wirklich"passiv, ohne Pumpe, sehr anpassungsfähig"Es überwindet die traditionelle Abhängigkeit von externer Leistung und sperrigen Geräten und bietet gleichzeitig eine hervorragende Trennwirksamkeit und eine nachgelagerte Kompatibilität.

Während dieser gesamten Arbeit diente FCS als unersetzlicher Referenzwert und lieferte quantitative Beweise für die Zuverlässigkeit der negativen Magnetophoresis und die Probenintegrität.Diese methodische Grundlage unterstützt zukünftige Anwendungen in der fluoreszenzbasierten Pharmakokinetik, Biomarker-Erkennung und Therapeutic Medicine Monitoring (TDM).Die Kombination von FCS mit tragbaren Plasmaspaltungseinrichtungen verspricht eine neue Generation von minimalinvasiven, point-of-care und präzise klinische Diagnoselösungen.

Über die FCS-Technologie

Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie (FCS)Messung der molekularen/nanopartikulären Eigenschaften, z. B. Molarkonzentration, Helligkeit/Aggregationszustand, Diffusionskoeffizient/hydrodynamischer Radius und Bindungsaffinität (K)_DAls homogenes, in-situ-Analysetool mit hohem Gehalt wird die Analyse vonFCS ist vollständig kompatibel mit physiologischen Matrizen (einschließlich Zelllysaten und Vollblut).

FCS und seine abgeleiteten Techniken werden weit verbreitet in der Zellsignalisierung, der Flüssig-Flüssig-Phase-Trennung (LLPS), der biomolekularen Denaturierung/Aggregation, Struktur-Funktionsmechanismen,Entwicklung der Nanomedizin, Exosomanalyse, Fluoreszenzsonde-Engineering, Antikörper-/Medikamentenscreening und Mikrofluidik. Bis heute wurden mehr als 15.000 wissenschaftliche Arbeiten mit FCS in PubMed indiziert.

Über den Biomolekularen Interaktionsanalysator von JLM-Lifetech

DieMolekularinteraktionsanalysator der FCS-Serie MIA für die Einzelmolekülkinetikist eine ultraempfindliche Einmolekülplattform, die auf Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie (FCS) basiert.es charakterisiert biomolekulare Wechselwirkungen und Eigenschaften auf Einzelmolekülebene.

Mit Korrelationsalgorithmen zur Auflösung von Zeitdomainsignalen benötigt das System keine Trennung oder Reinigungsschritte (homogene Detektion).Sie liefert eine qualitativ hochwertige Analyse der Konzentration., Partikelgröße, Diffusionskoeffizient und Bindungsaffinität (K_D) innerhalb von Sekunden.

Hauptanwendungsbereiche:

• Medizin Entdeckung und Entwicklung

• Zellbiologie

• Chemie

• Biochemie und Molekularbiologie

• Strukturbiologie

• Fotophysik