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精准医学研究--微量临床样本靶蛋白定量检测

随着美国总统奥巴马2015年在美国国会提出精准医学计划,医学研究从个体化医疗进化到精准医疗时代。精准医疗计划在基因组研究计划基础上,突显蛋白质组研究和代谢组研究和互联网医学的重要性。

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之前,科学家们先后启动了以不同研究对象为目标的蛋白质组研究计划,如人类血浆蛋白质组研究计划、人类肝脏蛋白质组研究计划、人脑蛋白质组研究计划等,以解决与人类健康密切相关的基础科学问题和实践问题。自从20世纪90年代蛋白质组名词首次出现以来,经过10多年的发展,蛋白质组学的研究已经取得了巨大的进展。


随着蛋白质组研究的不断深入,蛋白质组学研究中仅能提供蛋白质种类和修饰信息的定性分析技术已经不能满足目前研究工作的需要,因此,定量蛋白质组学技术和方法的研究正逐渐成为领域方法学研究的热点。


蛋白质组学定量方法分为相对定量和绝对定量两部分:相对定量蛋白质组学(也称比较蛋白质组学)是指对不同生理病理状态下,细胞、组织或体液蛋白质表达量进行的相对比较分析,如基于二维凝胶电泳技术直接对处于不同状态下蛋白质表达变化的比较分析、荧光胶内差示电泳技术(differential in gel electrophoresis, DIGE)以及基于同位素亲和标签(isotope coded affinity tags, ICAT)与质谱分析结合的相对定量技术、等量标签相对定量方法(isobaric tags for relative and absolute quantitation, iTRAQ)和金属元素络合物标签结合质谱相对定量方法等;绝对定量蛋白质组学是测定蛋白质组中每种蛋白质的绝对量或浓度。


绝对定量对于临床疾病的诊断和治疗具有明显的现实意义,蛋白质生物标记物量的变化,可以直接反映疾病的发展状况,因此,通过对疾病不同时期生物标记物绝对量的监测,可以直观地判断疾病的发展情况,制定相应的治疗措施。由于蛋白质绝对量在蛋白质相互作用及临床上具有重要意义,所以相关的方法学研究备受关注。


在医学研究中,传统的绝对定量蛋白质技术大致可以分为基于抗体检测和基于质谱分析两大类。临床医学样本,通常是由非常多种内源性蛋白组成的混合物,基于抗体的绝对定量技术比如ELISA,抗体芯片等,因为受困于内源性蛋白之间相互干扰,非特异性强,重复性及重现性差,传统western blot受困于跑胶,转膜,封闭,抗体孵育等众多操作步骤,导致实验间误差在35%以上。质谱分析一直是蛋白分析重要手段,但因会受到内源性众多非靶蛋白的干扰,需要通过复杂步骤去纯化目的蛋白,且需要大量的样品,不适用于临床医学研究中相对稀缺的样本,比如穿刺组织,激光捕获显微切割的目的组织等。


Wes系统是美国Proteinsimple公司2014年全球首推的Simple Western技术。其创新性使用毛细管对样本中多蛋白组成的混合物,通过分子量进行分离,再将蛋白捕获在毛细管壁,进行抗体杂交,避免了不同蛋白之间的相互干扰,避免了基于ELISA,抗体芯片等基于抗体分析方法非特异性。更为重要的是,因为该系统采用毛细管作为免疫反应器,每次只需要40nl的样本,非常适合分析临床研究的珍稀样本。


Wes系统是一套真正全自动蛋白印迹分析系统,有众多独创性发明。创新性的全自动取样,全自动蛋白分离,告别手工跑胶;全自动免疫杂交,避免手工转膜,手工洗涤,手工抗体孵育;全自动化学发光,避免暗室手工曝光等。避免了传统分析方法的大量手工操作引起的实验误差。全球第三大疫苗研发生产巨头Merck公司,在其公开发表的文章中指出,Simple Western系统第一将不同批次实验间的误差控制在了10%以内,而在此之前Western blot重要技术之一三明治夹心转膜法(该方法1979年发表在美国科学院院刊)发明者罗氏诊断公司,公开发表文献指出传统Western Blot实验间误差在35%以上。


美国国立癌症研究所是全球最重要的肿瘤研究中心,作为最早引进Simple Western技术的研究机构,在过去的两年里基于Simple Western系统创建了肿瘤研究蛋白质绝对定量分析平台,并发表连续在国际知名杂志发表多篇研究文献。该中心的科学家在其文章中强调,Simple Western 可以产生高质量的定量数据,和卓越的实验重复性,可以建立平台以在纳克级总蛋白中检测皮克级的靶蛋白异构体含量。


Wes系统作为新一代的Simple Western系统自2014年推出以来,因其非常适合临床样本检测,在转化医学中具有独到优势,备受医学研究机构的青睐,在不到一年的时间里进入了包括美国国立癌症研究在内的200多所全球著名研究机构,并且获得了国际著名杂志Instrument Business Outlook (IBO)颁发的2014年工业设计大奖。在精准医学研究计划中,Wes系统凭借其全自动化,绝对定量,高灵敏,低至nl的样本使用量,以及3小时内完成全部检测的独特优势,将会在医学蛋白质组研究中起到越来越重要的作用。


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