【来源:仪器信息网】
“我确信这一点,我以前从未能够直接在细胞裂解液中检测到我构建的三元复合物的形成——这只用了不到两小时。”——托马斯·史密斯, 化学生物学与治疗学副主任,NIBR
“这种方法非常灵敏而且极具价值,可以使用少量具有自发荧光的蛋白质以定量方式评估结合情况。通过这种方法,我们可以观察到在增加肽或小分子浓度的情况下,EYA1的表观水动力半径 (Rh) 和荧光信号(BRIC)的明显变化。”——达纳法伯研究所,癌症研究所
“关于蛋白与氨基酸的互作检测,不需要传感器、不需要芯片、甚至不需要标记,2天的时间,测试了约二十个氨基酸与蛋白的互作,每对分子三个重复,太神奇了!”——中科院分子卓越中心
以上是三家典型用户单位对丹麦FIDA分子互作仪的真实反馈。为进一步了解FIDA技术的发展历程、独特优势以及应用领域等,仪器信息网特别邀请普瑞麦迪公司产品总监张达威先生,分享了FIDA分子互作技术以及他对未来市场的独到见解。
张达威 普瑞麦迪公司产品总监
毕业于天津大学化工学院。在生命科学仪器领域工作16年,具有丰富的分子互作、蛋白稳定性表征、流式细胞仪等产品和市场经验。曾在Beckman和Nanotemper担任市场工作,现任普瑞麦迪公司FIDA产品线总监。
仪器信息网:贵司在分子互作分析领域主推的仪器产品是什么?请简要介绍下创新亮点。
张达威:非常感谢仪器信息网的邀请。记得半年前FIDA Neo分子互作仪刚从丹麦引进中国时,我曾收到过邀请,但考虑到新技术的应用推广需要时间来验证。因此,时隔五个月后才有机会向广大科研工作者介绍这项令人着迷的技术——层流诱导分散分析技术(Flow Induced Dispersion Analysis,简称FIDA技术)。
FIDA技术由哥本哈根大学药学院Henrik Jensen教授和Jesper Østergaard教授共同发明,它基于第一性物理原理直接获取分子的流体动力学半径(Rh),通过追踪分子微妙的变化来表征生物分子行为、特征以及功能。并且巧妙地将光谱位移(LD,Lambda Dynamics)、荧光强度变化(BRIC)与流体动力半径(Rh)有机结合,为解析分子相互作用提供了独特的三维视角,使得研究人员能够在原生条件下检测微小的分子变化和结合动力学。2019年,FIDA技术成功实现商业化,并由FIDA Biosystems公司负责全球推广与应用。2024年5月,普瑞麦迪公司与FIDA Biosystems公司正式确立合作关系,成为其公司全线产品的中国区总代理,为中国的用户提供FIDA产品和服务。
FIDA Neo分子互作仪
FIDA Neo分子互作仪是FIDA Biosystems公司推出的最新一代生物物理分析平台,集成了亲和力表征、亲和动力学表征和分子质量表征三大核心功能,堪称全球首款集分子结构、功能与质控表征于一体的分析平台。通过单次实验即可同时获得互作与分子质控数据,让互作的数据有“法”可依。该款仪器不仅可以灵活检测传统生物大分子、小分子之间的相互作用,还能够在三元复合物、血清、血浆、粗提物等复杂介质中进行高效分析,应用场景十分广泛。此外,针对免纯化样本、离子、脂质体、外泌体和GPCR互作分析等传统互作技术难以应对的样本体系,FIDA Neo分子互作仪展现出独特的技术优势。
仪器信息网:相较同类竞品,FIDA Neo分子互作仪采用了哪些创新技术?解决了哪些现有产品未能解决的问题?
张达威:FIDA Neo分子互作仪的******亮点是引入了“蛋白质控”的概念,将蛋白质控贯穿在整个实验流程中。从本质上讲,FIDA Neo是一台蛋白质稳定性分析仪,它的出现能有效解决传统分子互作仪无法确认蛋白结构的难题。相比通过异常结果反推蛋白质量的间接方式,FIDA Neo从根本上改变了分子互作的研究方式。每次运行只需要40nL样品,4分钟内即可获得完整的蛋白质QC报告,涵盖多分散性指数(PDI)、聚集(Agg)、粘度(Viscosity),以及粘附性(Stickiness)等8个关键质量参数,极大地拓展了现有互作技术应用的深度与广度。
FIDA单次测试得到8个蛋白表征数据
此外,FIDA Neo分子互作仪采用层流的独特原理,高度模拟了生物分子在生物体内的互作方式(包括压力、温度、缓冲体系等),研究人员可以更准确地模拟自然界中分子相互作用发生的条件,例如血液或细胞环境。这种高保真度对于旨在了解分子行为和反应的细微差别的实验至关重要,而且对于药效药理在真实血清血浆中的互作机理表征非常有效。
FIDA Neo还是一款功能强大且全面的分子互作仪,从结构到结合再到热力学稳定性一应俱全。能够在原生条件下同时进行三个维度的生物物理参数表征——分别是粒径大小(Rh)、分子构象(BRIC)和分子光谱变化(LD),解决了现有的分子互作技术需要另外一种互作技术相互验证的难题。其中,水动力半径(Rh)提供了分子或复合物的绝对大小,BRIC则敏感地捕捉到结合事件引起的荧光强度变化,而光谱位移(LD)则揭示了分子环境的微小变化。这种结合使研究人员能够从多个角度评估分子行为,进而更加全面、深入地理解分子相互作用。
总体而言,FIDA 技术是近年来分子互作领域的一次重大技术革新。首次采用第一性原理来获取亲和力,开创了无需固定溶液动力学技术(Kon/Koff)的先河,同时也是首个能够实时校正粘度因素的生物物理技术。这些创新大幅提升了分子互作研究的便捷性和准确性,为加快前沿科学研究提供了重要技术支持。
仪器信息网:FIDA Neo分子互作仪主要面向哪些行业或应用领域?您能分享一些早期用户或测试者的反馈吗?
张达威:FIDA分子互作仪的早期用户主要来自全球知名的生物制药企业,用于三元分子的互作研究,例如PROTAC、分子胶。FIDA独特的“All in one”模型借助实时的绝对粒径(Rh)表征可将复杂的三元互作研究方式简化为单次滴定实验,从而快速获取分子间的亲和力、复合物百分比、粒径大小和协同系数等关键参数。实际上,FIDA分子互作仪几乎适用于所有类型的分子互作研究,尤其在以下几个领域具有显著优势。
首先,FIDA技术在小分子互作研究中显示出巨大潜力。由于其不依赖分子量变化,FIDA技术能够同步在多个维度(如Rh、BRIC、LD)上表征分子结合后的变化,极大地扩展了小分子研究的应用范围。例如,近期的一篇Science文章,研究人员舍弃了阿尔兹海默症(AD)成熟的靶点淀粉样β蛋白(Aβ),通过小分子靶向细胞骨架蛋白Septin蛋白以恢复病变细胞的钙稳态,由于Septin非常容易形成寡聚体,作者尝试了多种成熟的互作方式都未得出有效数据,最终通过FDIA得到无固定、无标记的粒径和荧光的两维亲和力数据。此外,对于蛋白与小分子或蛋白与核酸的相互作用,亦可采用Labelfree方式;若是小分子和其他分子,则可通过特定荧光标签检测,使得实验流程变得异常简便。
其次,在处理复杂分子或介质方面,如膜蛋白、外泌体、脂质体等分子,以及血清、血浆、细胞裂解液等复杂环境,FIDA分子互作仪展现出了卓越的适应性。FIDA技术的优势在于无需固定、无需加热或标记,能够兼容所有类型的缓冲液,为实验提供了极大的灵活性。例如,近期的一篇开创性文章,ICU病人手术后,FIDA可在几分钟内完成脓毒症患者血浆样本中的载体结合变化,可以迅速确定鞘氨醇1-磷酸盐(S1P)与人类血清白蛋白(HSA)和高密度脂蛋白(HDL)的结合,在临床上以预测疾病的进展、严重程度和结果,为败血症的临床诊断和治疗提供了新的视角。
最后,FIDA技术还开辟了全新的研究领域,比如淀粉样纤维、液-液相分离(LLPS)等研究。得益于FIDA是一个全新的生物物理平台,能够对聚集体进行全面表征,包括聚集体动力学等。例如2023年,在淀粉样纤维研究方向连续发表了多篇文章,都是基于FIDA全新的方法学开发,解决了传统技术在聚集体有效检测和样品量少的各种局限性应用。
仪器信息网:您如何看待当前分子互作仪的市场及前景?未来看好哪些细分领域?
张达威:随着中国生命科学基础研究的快速发展和生物制药公司新药开发项目的激增,分子互作技术正逐步成为生命科学领域的核心技术之一,市场整体呈现快速增长态势。
当前,基于表面固定技术的SPR和BLI仍然占据市场主导地位。作为成熟的互作技术,随着相关专利的陆续到期,国产替代正在如火如荼地推进,导致此类仪器的使用成本逐步降低,有助于进一步推动分子互作技术的普及。然而,表面固定技术由于其原理上的一些局限性,推动了如MST等新兴技术的需求增长。虽然MST技术能够弥补SPR技术与BLI技术部分缺陷,但它本身也面临一定的技术瓶颈。因此,从技术需求导向来看,分子互作仪市场远未饱和。
FIDA技术的出现有望改变这一局面,作为首个有潜力解决现有技术原理性问题的互作技术,很可能成为未来互作领域的重要突破口
仪器信息网:请谈谈分子互作技术未来技术发展趋势。
张达威:未来分子互作技术需要突破现有的技术瓶颈,发展基于不同底层理论的创新技术。目前,各个流派的分子互作技术主要聚焦于个性化差异化竞争,虽然百花齐放,但仍需要不同原理的互作技术进行结果交叉验证。
未来的发展趋势主要体现在三方面:一是加速成熟技术的国产化进程;二是传统技术在细分市场中的进一步深化与拓展;三是全新分子互作技术的出现,推动技术迭代升级。
而在关注点上,多维度数据的支持、灵敏度和特异性的提升,以及原位生理条件检测是现有分子互作技术亟待攻克的关键难题