Advanced Healthcare Materials:基于理性设计的多功能蛋白质的快速超灵敏凝血酶传感器

凝血酶是由凝血酶原的水解激活而产生的一种丝氨酸蛋白酶,它通过将可溶性纤维蛋白原转化为不溶性纤维蛋白来调节人体的凝血功能。研究表明,除了和出血以及血栓的形成有关,人体内凝血酶量的变化还与阿尔茨海默病、肾病、动脉粥样硬化和肿瘤的生长转移等重大疾病相关。因此实现凝血酶灵敏、特异、快速的检测对凝血酶相关疾病的早期预防控制和后期治疗都非常重要。

近年来,研究者开发了包括荧光法,比色法,电化学法在内的多种方法来进行凝血酶检测,其中荧光法由于灵敏度高且操作简便成为了最常用的检测策略。然而因为普通荧光探针的激发波长范围一般在400~600nm之间,所以样品和反应容器产生的背景荧光会对凝血酶的检测效果带来负面影响。

天津大学生命科学学院王泽方课题组针对这一问题,利用合成生物学理念,理性设计了一种新型的基于多功能融合蛋白的凝血酶传感器。该多功能蛋白(HTs)由远红外荧光蛋白smURFP,凝血酶酶切位点,疏水蛋白HGFI三个独立的功能模块组成。其中,远红外荧光蛋白smURFP作为信号输出模块,可有效减少检测中自发荧光的干扰,提升检测的灵敏度;疏水蛋白HGFI作为粘附固定模块,可在96孔板上自组装,实现融合蛋白在其表面高效固定;连接远红外荧光蛋白smURFP和疏水蛋白HGFI的凝血酶酶切位点(LVPR/GS)作为识别感应模块,被用来特异性的识别并检测凝血酶。此生物传感器依赖待测样品中的凝血酶对固定在96孔板上的融合蛋白中的酶切位点的特异性识别及水解发挥作用,随着凝血酶浓度的变化96孔板上的荧光信号随之变化。研究结果表明,该生物传感器可在20分钟内快速、灵敏地检测凝血酶,其在血清中的检测限低至0.2 aM,这是目前已知的检测限最低的凝血酶传感器。该传感器也得到了较宽的线性范围(1.07 aM~0.01 mM),此线性范围是目前报道的凝血酶测定的最佳线性范围之一。此外,考虑到多功能融合蛋白由大肠杆菌生产,因此该蛋白传感器的成本极低。

研究者相信,此传感器可实现生物样品中凝血酶的快速灵敏检测,且检测结果稳定可靠。通过替换连接远红外荧光蛋白和疏水蛋白的酶切位点此传感器还可实现对其他蛋白酶的检测,具有极高的潜在应用价值。相关论文在线发表在Advanced Healthcare Materials (DOI: 10.1002/adhm.202000364)上,并于当期Back Cover做简要介绍。