SPRM 200表面等离子体共振显微镜的工作原理及应用介绍
2025-07-28 来源:本站 点击次数:22在生物医学研究中，分子间的相互作用是理解生命现象和疾病机制的核心。然而，传统的检测方法往往存在标记干扰、无法实时监测、缺乏细胞环境真实性等问题。今天，我们来了解一下一款强大的工具——SPRM 200（表面等离子体共振显微镜），它正在改变我们对生物分子相互作用的认知！
一 SPRM 200：实时、无标记的分子互动“显微镜”
SPRM 200是一种结合了光学成像与表面等离子体共振（SPR）技术的先进设备，能够在细胞水平上直接观察分子间的结合与解离过程。它无需对生物分子进行荧光或放射性标记，避免了标记物可能带来的干扰，同时能够在接近生理条件的环境下进行实验，从而获得更真实、更可靠的生物信息。
图 1 SPRM 200设备外观图
SPRM 200利用表面等离子体共振（SPR）技术，通过检测光在金属表面（通常是金膜）的反射变化来监测分子间的相互作用。当生物分子结合或解离时，会引起金属表面附近的折射率变化，从而导致反射光的相位或强度变化。SPRM 200通过高分辨率成像技术，能够实时监测这些变化，从而精确测量分子间的结合常数（Ka）、解离常数（Kd）和平衡常数（KD）。
SPRM 200的优势
- 无标记检测：避免标记物干扰，获得更真实的生物信息。
- 实时监测：能够动态观察分子间的结合与解离过程。
- 细胞环境真实性：在接近生理条件的环境下进行实验，结果更具生物学意义。
- 高分辨率成像：结合光学成像技术，能够精确定位分子相互作用的位置。
- 高通量筛选：能够同时监测多个样本，提高实验效率。
二 SPRM 200的广泛应用：从药物研发到疾病机制探索
药物研发：精准筛选与优化
在药物研发领域，SPRM 200能够快速筛选出与靶点分子具有高亲和力的化合物。例如，在研究用于治疗脓毒症和肝炎的药物时，研究人员利用SPRM 200检测了多种育亨宾类似物与α2A肾上腺素受体（ADRA2A）的结合活性。通过精确测量这些化合物的解离常数（KD值），研究人员成功筛选出了具有更高选择性和稳定性的化合物4n。实验结果显示，化合物4n的KD值为28.2 nM，显著优于育亨宾（8.1 nM），并且在细胞环境中表现出更高的选择性。[1]
图 2 育亨宾及其4n衍生物与多种α肾上腺素受体结合的示意图。与其它衍生物相比，4n与α2A肾上腺素受体的结合更为有效
图 3 （A）4n与过表达ADRA2A的Chem-1细胞结合的结合数据，以及（B）育亨宾与Chem-1细胞结合；SPR图像上的ROI方块表示检测到结合事件的区域。从每个ROI提取的动力学结合参数汇总形成了4n（C）和育亨宾（D）的解离常数（KD）直方图
疾病机制：深入探究与突破
SPRM 200不仅能够助力药物研发，还能深入探究疾病的发病机制。在癌症免疫治疗的研究中，研究人员发现四环素类药物能够增强T细胞对肿瘤细胞的杀伤力。通过SPRM 200，他们进一步揭示了这种药物作用的分子机制：四环素类药物能够与肿瘤细胞表面的免疫抑制蛋白Galectin-1结合，从而阻断其对T细胞的抑制作用。实验结果显示，Minocycline与Galectin-1表达的U251细胞结合显著增强，而与Galectin-1敲除的U251细胞结合较弱。[2]
图 4 米诺环素与半乳糖凝集素-1二聚体结合增强抗肿瘤免疫的示意图
图 5 米诺环素与半乳糖凝集素-1结合的SPRm 200检测结果。绿色区域显示测量芯片上的肿瘤细胞（对照组U251和半乳糖凝集素-1敲除U251），红色区域显示米诺环素与肿瘤细胞的结合相互作用
抗体药物：精准评估与优化
在抗体药物的研发中，SPRM 200同样发挥着重要作用。它能够实时监测抗体与活细胞表面受体的结合过程，为抗体药物的优化提供了关键数据。例如，在对三种单克隆抗体（抗CD20、抗CA9和抗TCR）与活的Ramos B细胞的结合进行研究时，SPRM 200清晰地展示了不同抗体的结合活性差异。抗CD20抗体表现出高亲和力（5.1 nM）和强结合活性，而抗CA9抗体则因受体密度较低而结合较弱（1.2 nM）。这些数据对于评估抗体药物的疗效和选择性至关重要。[3]
图 6 抗体与Ramos B细胞膜上受体结合的示意图
图 7 SPR图像显示绿色突出显示的细胞区域，红色突出显示的区域表示检测到的a）抗CD20，b）抗CA9和c）抗TCR结合相互作用，以及从数百个响应的ROI中提取的相应亲和力等温线图，显示了在悬浮活Ramos B细胞上三种抗体相互作用的总动力学相互作用
电化学检测：高灵敏度与高分辨率
SPRM 200不仅限于生物分子的相互作用研究，还可以结合电化学技术，用于检测电活性物种。例如，通过在SPRM传感器上涂覆普鲁士蓝（Prussian Blue, PB）纳米膜，可以实现对过氧化氢（H2O2）的高灵敏度检测。这种“染料敏化”方法利用PB的催化还原特性，通过检测SPR信号的变化来定量分析H2O2的浓度。此外，通过在金电极表面修饰介孔硅膜（Mesoporous Silica Film, MSF），可以显著提高电化学信号的灵敏度，实现对多种电活性物种的高分辨率检测。[4]
图 8 示意图展示了“染料敏化”方法（A）、普鲁士蓝（PB）薄膜的反应机制（B）以及数据可视化（C）
图 9 示意图展示了MSF方法（A）、MSF处的信号增强机制（B）以及数据可视化（C）
三 SPRM 200的未来展望
随着技术的不断进步和应用的不断拓展，SPRM 200必将在生物医学领域发挥更大的作用。以下是一些未来发展方向：
多模态成像技术的融合
SPRM 200可以与荧光成像、共聚焦显微镜等其他成像技术结合，实现多模态成像。这种融合不仅能够提供更丰富的分子相互作用信息，还能在细胞和组织水平上进行更全面的分析。
高通量筛选与自动化
通过进一步优化实验流程和自动化操作，SPRM 200可以实现高通量筛选，大大加快药物研发和疾病机制研究的进程。这对于大规模药物筛选和个性化医疗具有重要意义。
临床应用的拓展
SPRM 200不仅可以用于基础研究，还可以拓展到临床应用。例如，通过实时监测药物与细胞的相互作用，可以优化药物剂量和治疗方案，提高临床治疗效果。
四 结语
SPRM 200作为一种强大的生物医学研究工具，正在为生命科学的研究带来前所未有的突破。它不仅能够加速药物研发进程，还能深入揭示疾病的分子机制，为疾病的诊断和治疗提供新的策略。随着技术的不断进步和应用的不断拓展，SPRM 200必将在生物医学领域发挥更大的作用，为人类健康事业做出更大的贡献。
参考文献
[1] https://biosensingusa.com/application-notes/application-note-163-binding-activities-of-yohimbine-analogues-on-adra2a-overexpressing-live-cells/
[2] https://biosensingusa.com/application-notes/application-note-158-minocycline-enhanced-t-cell-cytotoxicity-of-tumor-cells/
[3] https://biosensingusa.com/application-notes/application-note-167-label-free-characterization-of-antibody-receptor-interactions-on-live-suspension-cells-using-sprm/
[4] https://biosensingusa.com/application-notes/application-note-165-spatially-resolved-detection-of-electroactive-biological-systems-using-ec-spr-microscopy/