InnoScan 生物芯片扫描仪在糖生物学领域的应用
近几年，聚糖阵列已成为糖生物学研究的常规工具，与传统的微孔板方法相比，聚糖阵列具有实验体系微量和多指标检测等优点，极大节省样品和试剂的消耗，同时结合 InnoScan 生物芯片扫描仪，可进行自动化和高通量的数据结果分析。本文汇总了近几年 InnoScan 生物芯片扫描仪在聚糖和凝集素阵列的相关应用。
聚糖阵列基础知识：聚糖在细胞生物学中的重要性是众所周知的。聚糖和其他生物分子（尤其是聚糖结合蛋白，GBP）之间的相互作用已被证明可以调节细胞与基质之间的相互联系，以及感染期间病原体与宿主相互作用等生物学过程。糖生物学主要研究聚糖以及糖蛋白质和糖脂的结构和功能，其一个主要分支是研究聚糖与其他分子（蛋白质、脂质等）之间的相互作用。传统研究聚糖分子相互作用的方法多基于孔板实验，例如 ELISA 实验，测试一种聚糖与不同浓度聚糖结合分子的相互作用。尽管基于孔板的实验具有高特异性和高灵敏度，但受限于一次只能检测一种聚糖的相关指标，并由于聚糖和糖复合物结构的复杂性，有必要测试几种聚糖，这使得基于孔板的测定成本很高，需要单次实验测试多种聚糖的高通量方法来解决这一问题。而微阵列点印方法可有效实现多指标的同步检测，也就是在一张芯片上同时检测多个样本和多个指标。聚糖阵列已成为筛选聚糖与其他分子相互作用的常规技术。澳大利亚格里菲斯大学研究所的糖组学芯片平台，使用微阵列技术进行糖结合蛋白的高通量筛选，使用 InnoScan 1100 AL 扫描仪，完成芯片的自动化扫描，检测聚糖与聚糖结合蛋白之间的相互作用(1)
Figure 1. Glycanarray workflow: Refer to the text for explanation
图1:A)使用微阵列点样仪将聚糖或凝集素固定在功能化玻璃载玻片上。固定通过共价结合或吸附固定，具体取决于基片的表面性质。B)聚糖结合分子（GBP、病毒、细胞或其他分子）与微阵列芯片孵育。（C）聚糖结合蛋白和聚糖之间相互作用：通过荧光染料进行检测，聚糖结合蛋白可在孵育步骤之前与荧光基团偶联，或者在孵育后，加入针对聚糖结合分子的荧光标记抗体进行结合。D)微阵列扫描仪扫描荧光信号，Innopsys 扫描仪是自动化荧光检测的理想工具，能够同时检测两种或三种荧光染料。E) 使用 Mapix 软件对图像进行分析及量化荧光信号（可选择动态范围104或拓展到106）
应用案例：聚糖阵列成为筛选GBP的标准工具，其应用范围非常广泛，从病毒诊断到癌症研究和疫苗开发（图 2）。
图2：Innopsys 用户聚糖阵列的主要应用
病毒亲和力测定：聚糖阵列可用于表征和监测流感病毒。美国 Scripps 研究所的 McBride 等人开发了一种具有48个阵列的芯片，可同时检测6种不同聚糖以及6种聚糖结合蛋白在8种稀释度下的相互作用，以监测甲型流感病毒与血凝素的亲合力。测定结果与传统微孔板方法的结果相当，但化合物和生物制品的消耗分别减少1500倍和360倍。Scripps 研究所使用 InnoScan 1100AL 进行聚糖阵列分析，采用三荧光通道同时进行扫描，来同时检测芯片上的三种不同样品。在芯片制备过程中使用 Atto488-NHS 染料作为网格标记；采用链霉亲和素-555标记具有已知特异性的生物素化凝集素作为对照样本；最后，使用 Alexa 647 标记的抗体来检测甲型流感病毒与血凝素受体的结合特异性。
免疫学研究：聚糖已被证明参与病原体的免疫过程。对免疫细胞的聚糖分子进行研究，结果显示不同物种之间的聚糖结构存在差异。Scripps 研究所的 Paulson 教授团队使用凝集素阵列来研究小鼠和人类两个物种的免疫特异性，研究结果表明不同物种的B细胞成熟机制存在差异(3)。即使两个物种淋巴组织形成CD22的最终结果相同，但小鼠和人类B细胞成熟的过程明显不同，这与每个物种CD22聚糖结构的特异性有关。借助聚糖阵列，Paulson 教授团队首次表明人类CD22偏好硫酸化聚糖，而鼠类CD22偏好唾液酸聚糖。
细胞生物学研究：细胞糖基化分析对于了解碳水化合物对细胞的功能和作用十分重要。斯洛伐克科学院糖生物学系的 Katrlik 博士团队使用凝集素细胞微阵列来研究颗粒细胞的糖萼。首先在固定有不同凝集素的水凝胶载玻片上建立凝集素阵列，然后在载玻片上培养细胞来研究细胞糖萼和凝集素之间的相互作用(4)。使用 InnoScan 710 扫描仪，可以研究细胞糖萼与不同浓度凝集素的亲和力，从而确定细胞的糖基化程度。这种方法的优势在于能够在检测过程中使用活细胞，从而降低聚糖提取过程中糖缀合物修饰的风险。
聚糖和糖缀合物是多种细胞生物学过程的调节分子，例如细胞分化和免疫。由于其结构复杂以及在单个实验中需要测试多种聚糖分子，因此糖组学研究需要高通量技术。糖组学微阵列分析正在成为一种常规方法，因为它可在一张载玻片上同时检测数百种聚糖。由于其微型化的检测能力，聚糖阵列可以最大限度地减少珍贵样品和试剂的消耗，从而降低实验成本。InnoScan 扫描仪是聚糖阵列荧光检测的最佳工具，可同时检测两种或三种染料标记的样本，同时配备有24张玻片自动进样器，以满足糖组学分析所需的自动化和高通量要求。
参考文献：
1)Glycomics Array Facility, Institute for Glycomics, Griffith University Website: https://www.griffith.edu.au/science- aviation/institute-glycomics/facilities/glycan-array
2)McBride R., et al. AMiniaturized Glycan Microarray Assayfor AssessingAvidity and Specificity of Influenza AVirus Hemagglutinins. J.Vis. Exp.(111), e53847, doi:10.3791/53847 (2016)
3)Macauley M.S., et al. Unmasking of CD22Co-receptor on Germinal Center B-cells Occurs by Alternative Mechanisms in Mouse and Man. J.Biol. Chem. 290(50):30066-30077, doi: 10.1074/jbc.M115.691337 (2015)
4)Accogli G., et al. Alectin-based cell microarray approach to analyze the mammalian granulosa cell surface glycosylation profile. Glycoconj J.33(5):717- 24. doi: 10.1007/s10719-016-9666-2 (2016)
Innopsys 成立于1999年。总部位于法国，一直致力于生物医学领域相关仪器和软件的自主研发和生产。Innoscan 系列扫描仪，采用先进共聚焦PMT检测器和多激光扫描光路，可以同时进行多通道荧光检测。不仅有效降低了荧光光漂白现象以及信号损失，还可以有效缩短扫描时间。在基因组和蛋白组表达，基因突变，SNP检测，CGH，细菌病毒检测，肿瘤特异性标志筛查，病理组织筛查等方面都有非常广泛的应用。
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