[发明专利]使用量子传感器的蛋白质组学测定

说明书

描述了使用无标记测定检测生物流体(例如尿液)中的蛋白质的装置和方法。通过特定蛋白质与高特异性捕获试剂(例如附接于基底表面的SOMAmer)的结合来检测该蛋白质。这些捕获试剂及其局部环境在蛋白质结合时发生的变化改变了位于被结合的捕获试剂下方的嵌入于基底中的色心的行为(例如，荧光、电离状态、自旋状态等)。可针对单个色心或作为许多色心的平均响应而通过光学方式或电学方式读出这些变化。

技术领域

本发明涉及对生物流体(例如血液或尿液)中成百上千种蛋白质的同时检测，即蛋白质组学分析(proteomic analysis)的第一步。特别地，本发明在不借助于质谱法或色谱法的情况下实现了这种检测，并且利用了无标记(label-free)测定，从而使得仪器小型化、不那么昂贵且可重复使用。

背景技术

传统上，已在基因组学(genomics)上投入了许多尝试，来评估基因活性，或者破译生物学过程(包括疾病过程或药理作用的生物学过程。然而，蛋白质组学能够提供更多细胞和生物体生物学功能方面的信息。蛋白质组学包括通过检测和量化蛋白表达水平而非基因表达水平，来定性和定量测量基因活性。蛋白质组学还包括对非遗传编码事件的研究，例如蛋白质的翻译后修饰以及蛋白质之间的相互作用。

目前，能够获得庞大数量的基因组信息。已将DNA芯片作为用于该目的的分子阵列投入实际使用，并且，DNA直接测序的价格持续地大幅降低。同样，对高通量蛋白质组学的需求也在增长。为了对生物学功能比DNA更复杂且多变的蛋白质进行检测，蛋白质芯片已被提出，并且目前已成为许多应用的重点研究主题。蛋白质组学比基因组学更适合监测健康状况，因为基因组是静态的，仅表示医学潜力，而蛋白质组则随患者的医学状况而动态变化，甚至可以说定义了他们的医学状况。然而，检测和量化蛋白质比较困难，而检测和量化核酸则相对容易。这促使许多人测量mRNA(信使RNA)浓度来作为蛋白质浓度的替代物。然而遗憾的是，已经显示出mRNA浓度与蛋白质浓度并没有很好的相关性。这表明蛋白质组学必需要依赖于直接检测蛋白质的能力。

“蛋白质芯片(protein chip)”是一个统称，指的是其中将蛋白质或用于捕获该种蛋白质的分子(捕获试剂)固定在芯片表面上，以允许对蛋白质的结合进行检测的任何装置。直到最近，蛋白质芯片上的捕获试剂绝大多数都是抗体。对复杂混合物(例如生物流体)中的特定蛋白质的检测需要很高的特异性，因此，许多利用抗体的蛋白质芯片也依赖于夹心法测定(sandwich assay)来提高特异性。已经知道，这种测定对于蛋白质组学而言具有显著缺点，其中一些缺点是蛋白质和/或抗体特有的，一些缺点则是夹心法测定特有的。

目前，尚无可通过常规途径从人受试者收集蛋白质组学数据的经济上可行手段。通常，通过将用于制备样品的多种色谱技术与用于检测和量化的多种质谱技术进行结合来实现样品的蛋白质组学测量。用于这些程序的仪器既昂贵又笨重，因此通常必须将样品运送到中央处理设施。样品运输的需求要求在采集点进行样品处理，以便运输过程中的储存，或者在运输之前就地储存。不幸的是，制备和储存方案往往在不同地点之间变化很大，甚至在同一地点内也变化很大。这些方案的差异难免导致下游的蛋白质组学测量结果发生重大变异，从而使分析变得困难或根本不可能。

理想的蛋白质组学采集装置将通过接近全固态(fully solid-state)操作(很少的移动部件)，采用无标记检测技术来使成本最小化，从而使试剂的使用量降到最低，可无限次重复使用测量运行，并且可以在少量的生物流体中操作。通过最小化或省去样品制备，并通过在样品采集地和采集时间点进行样品测量，消除了样品的存储和运输，可以减少由样品制备和储存方案的差异带来的样品分析中的变异。