hLife?|?深圳先進(jìn)院成功研發(fā)面向傳染病防控的便攜式多模態(tài)免疫防護(hù)分析平臺(tái)
近日,中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“深圳先進(jìn)院”)醫(yī)學(xué)成像科學(xué)與技術(shù)系統(tǒng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室楊慧研究員、譚驍天副研究員團(tuán)隊(duì)在交叉學(xué)科期刊hLife發(fā)表最新研究成果,并于6月17日登上2025年第3卷第7期封面。團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出一種便攜式微流控化學(xué)發(fā)光免疫分析平臺(tái)(Tip Optofluidic Immunoassay,簡(jiǎn)稱(chēng)TOI)。只需1微升指尖血,研究人員就能利用該平臺(tái)在40分鐘內(nèi)完成抗體結(jié)合能力和中和能力等多維度免疫指標(biāo)的快速定量評(píng)估,為呼吸道傳染病防控與免疫力監(jiān)測(cè)提供了有效技術(shù)手段。
一滴指尖血,打造快速便攜的免疫檢測(cè)新模式
隨著多種傳染性呼吸道病原體不斷變異和季節(jié)性流行,快速、精準(zhǔn)、便捷地評(píng)估個(gè)體免疫狀態(tài),已成為構(gòu)建科學(xué)防控策略和推動(dòng)個(gè)體化健康管理的核心需求。傳統(tǒng)抗體檢測(cè)方法,比如酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)和病毒中和實(shí)驗(yàn),常需5至10毫升靜脈血樣本,總所需時(shí)間常常高達(dá)2至3天。不僅采樣、分析過(guò)程復(fù)雜,還對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境和人員要求較高,難以滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)快速響應(yīng)和大規(guī)模篩查的需求。
針對(duì)這些難題,深圳先進(jìn)院團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了TOI平臺(tái),采用可批量注塑的聚苯乙烯微流控免疫反應(yīng)器,能夠與標(biāo)準(zhǔn)移液槍吸頭無(wú)縫對(duì)接,構(gòu)建出標(biāo)準(zhǔn)化、微尺度、高效率的檢測(cè)器件,并配合自主設(shè)計(jì)的便攜式化學(xué)發(fā)光成像設(shè)備,實(shí)現(xiàn)了從采樣到分析的全流程集成。
“TOI平臺(tái)操作簡(jiǎn)便,僅需采集1 微升指尖血,即可同時(shí)完成抗體結(jié)合水平和中和能力的定量評(píng)估?!闭撐墓餐谝蛔髡呒婀餐ㄓ嵶髡?、深圳先進(jìn)院副研究員譚驍天介紹道,“其中,結(jié)合抗體的檢測(cè)在15分鐘內(nèi)即可完成,靈敏度達(dá)到0.1納克/毫升,動(dòng)態(tài)范圍覆蓋近4個(gè)數(shù)量級(jí),信噪比高達(dá)10,000?!痹谥泻湍芰Ψ治龇矫?,團(tuán)隊(duì)通過(guò)人工理性設(shè)計(jì),開(kāi)發(fā)出了可與傳感器定向結(jié)合的血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2(ACE2)受體和集成有三聚化結(jié)構(gòu)域及方向性信號(hào)肽的重組刺突蛋白探針,實(shí)現(xiàn)了蛋白探針與傳感原件的高效結(jié)合,可在20分鐘內(nèi)輸出與傳統(tǒng)假病毒中和實(shí)驗(yàn)相當(dāng)?shù)臋z測(cè)結(jié)果。“也就是說(shuō),我們能在總計(jì)不超過(guò)40分鐘的時(shí)間內(nèi),通過(guò)一滴血,獲取個(gè)體對(duì)特定病原體的結(jié)合抗體水平和中和能力這兩個(gè)關(guān)鍵免疫指標(biāo)?!弊T驍天表示,“相比需要數(shù)天周期的傳統(tǒng)方法,該平臺(tái)顯著提升了檢測(cè)速度與效率?!?/span>
構(gòu)建三維度免疫評(píng)估體系
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),疫苗接種策略與既往感染史對(duì)個(gè)體免疫水平具有顯著影響:接種滅活疫苗后再接種mRNA或重組蛋白疫苗的序貫接種人群,其特異性抗體水平和中和能力普遍高于單純接種滅活疫苗者;而反復(fù)感染者對(duì)近期流行毒株的抗體反應(yīng)更為強(qiáng)勁,呈現(xiàn)出免疫應(yīng)答“漂移”趨勢(shì),即免疫系統(tǒng)對(duì)新變異株的識(shí)別能力不斷增強(qiáng)。進(jìn)一步分析顯示,特異性抗體水平與短期感染風(fēng)險(xiǎn)密切相關(guān):當(dāng)抗體水平低于某一保護(hù)閾值時(shí),個(gè)體在未來(lái)六個(gè)月內(nèi)的再感染風(fēng)險(xiǎn)顯著上升。這一發(fā)現(xiàn)為臨床風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和精準(zhǔn)公共衛(wèi)生策略制定提供了量化依據(jù)。
此外,研究還通過(guò)TOI平臺(tái)識(shí)別出4位對(duì)多種毒株均具有高中和能力的志愿者,后續(xù)有望從中篩選出具有廣譜中和潛力的抗體和記憶性B細(xì)胞,為單克隆抗體藥物的開(kāi)發(fā)提供重要線(xiàn)索。研究團(tuán)隊(duì)不僅在生物分子傳感技術(shù)上實(shí)現(xiàn)突破,也推動(dòng)了呼吸道病原體免疫防護(hù)評(píng)估體系的構(gòu)建。目前已開(kāi)發(fā)出涵蓋抗體結(jié)合能力、血清中和能力和特異性T細(xì)胞反應(yīng)的三維免疫功能評(píng)估系統(tǒng)。其中,結(jié)合抗體可反映機(jī)體對(duì)特定抗原的識(shí)別能力,中和抗體可衡量免疫系統(tǒng)直接攔截病原體入侵的效能,而T細(xì)胞響應(yīng)則體現(xiàn)長(zhǎng)期免疫記憶與應(yīng)激反應(yīng)水平。此前團(tuán)隊(duì)構(gòu)建的“基于TOI的指尖血干擾素釋放檢測(cè)平臺(tái)(CM-IGRA)”已在結(jié)核病T細(xì)胞功能分析及快速診斷中成功應(yīng)用,為多維免疫監(jiān)測(cè)提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
在應(yīng)用層面,TOI平臺(tái)具備良好的擴(kuò)展性,可快速適配流感病毒、猴痘病毒、結(jié)核分歧桿菌等多種重要病原體,適用于社區(qū)檢測(cè)、疫苗效果評(píng)估、口岸檢疫等多種實(shí)際場(chǎng)景?!澳壳?,我們正在進(jìn)一步開(kāi)發(fā)高穩(wěn)定性的樣本保存方案和適應(yīng)基層環(huán)境的簡(jiǎn)化操作流程?!闭撐墓餐ㄓ嵶髡?、深圳先進(jìn)院研究員楊慧表示,“未來(lái)我們將結(jié)合蛋白探針的理性設(shè)計(jì)、人工智能分類(lèi)算法等新興技術(shù),持續(xù)提升平臺(tái)的通用性、檢測(cè)靈敏度和信息解析能力,推動(dòng)其發(fā)展為傳染病防控體系的核心技術(shù)單元。”
該研究中,深圳先進(jìn)院譚驍天副研究員、深圳大學(xué)柴語(yǔ)鵑助理教授、深圳先進(jìn)院研究助理李睿涵、深圳先進(jìn)院客座研究生張彬茂及國(guó)家高性能醫(yī)療器械創(chuàng)新中心李皓副研究員為論文共同第一作者。深圳先進(jìn)院楊慧研究員為論文的第一通訊作者,深圳先進(jìn)院為該研究第一單位。本次研究也得到了北京大學(xué)曹云龍研究員團(tuán)隊(duì)、國(guó)家高性能醫(yī)療器械創(chuàng)新中心李皓團(tuán)隊(duì)、北京義翹神州科技股份有限公司、昌平國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所以及美國(guó)密歇根大學(xué)等大力支持。

6月17日成果亮相期刊hLife封面

在TOI平臺(tái)支撐下,研究人員可快速完成基于一滴指尖血的傳染病抗體免疫水平多維度分析

便攜式微流控化學(xué)發(fā)光免疫分析平臺(tái)(TOI)

可與標(biāo)準(zhǔn)移液槍頭一體化集成的微流控免疫反應(yīng)傳感器,可大幅度加速免疫吸附反應(yīng)、提高檢測(cè)靈敏度
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