加州理工學(xué)院在2022年安裝了布魯克細(xì)胞分析的Beacon®單細(xì)胞光導(dǎo)系統(tǒng)，并成立了Beacon Center for Single Cell Biology中心，為研究院的科研工作者提供包括抗體發(fā)現(xiàn)在內(nèi)技術(shù)服務(wù)。在今年布魯克細(xì)胞分析的系列會(huì)議上，中心主任Kate Malecek博士分享了基于Beacon®開(kāi)展的多重抗原結(jié)合篩選和親和力評(píng)分用于抗體發(fā)現(xiàn)，這項(xiàng)技術(shù)為篩選病毒廣譜中和抗體提供高效工具，同時(shí)也為評(píng)估比較不同的疫苗或免疫方法帶來(lái)的差異化的抗體譜提供了高分辨率的表征手段。

單細(xì)胞光導(dǎo)系統(tǒng)多重抗原結(jié)合檢測(cè)

Beacon®單細(xì)胞光導(dǎo)系統(tǒng)配備明場(chǎng)和五種濾光片，能夠讓研究者在單輪抗原-抗體結(jié)合篩選中通過(guò)使用IgG捕獲微珠和不同熒光基團(tuán)標(biāo)記的抗原，篩選上萬(wàn)個(gè)單B細(xì)胞分泌抗體結(jié)合1～5種可溶性抗原（圖1）。不僅如此，OptoSelect®芯片的流路設(shè)計(jì)和檢測(cè)方法允許更換通道中的檢測(cè)微珠，完成多輪抗原-抗體結(jié)合和功能篩選。在抗體分泌細(xì)胞幾個(gè)小時(shí)持續(xù)分泌抗體的過(guò)程中，研究者能夠在一天內(nèi)完成多達(dá)十余種抗原的結(jié)合篩選，這是其他任何平臺(tái)都難以做到的。

圖1. 利用不同熒光基團(tuán)標(biāo)記抗原實(shí)現(xiàn)OptoSelect®芯片上多重檢測(cè)

基于Beacon®的多重結(jié)合的結(jié)果具有重復(fù)性，而且能夠被ELISA驗(yàn)證（圖2）。最重要的是，Beacon®能夠在最初的篩選階段就找到能夠結(jié)合多種抗原表位的抗體，這些關(guān)鍵信息能讓研究者從眾多候選分子中聚焦到所需特征的抗體序列，對(duì)潛力的分子進(jìn)行下游驗(yàn)證，從而減少了后續(xù)重組表達(dá)和驗(yàn)證的工作量，提升抗體發(fā)現(xiàn)效率。

圖2. Beacon®多重抗原結(jié)合和ELISA檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

多重抗原結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)舉例

多重篩選對(duì)于找到具有廣譜能力的中和抗體來(lái)說(shuō)非常重要，在Kate Malecek博士舉例了一項(xiàng)針對(duì)九種來(lái)自不同冠狀病毒的RBD區(qū)域篩選具有交叉反應(yīng)和毒株特異性的小鼠抗體。每一輪檢測(cè)中都使用FITC標(biāo)記的IgG抗體檢測(cè)單B細(xì)胞IgG抗體分泌情況。通過(guò)序貫完成四輪檢測(cè)，研究者篩選到能夠結(jié)合多種抗原的單B細(xì)胞，如圖中Pen 1125和Pen 1284（圖3）。這些細(xì)胞將被導(dǎo)出到96孔板上進(jìn)行后續(xù)的VH/ VL測(cè)序。布魯克細(xì)胞分析提供的軟件上可以自動(dòng)判讀陽(yáng)性孔，直觀展示出每種抗原的篩選統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

圖3 多重檢測(cè)鑒定具有高度交叉反應(yīng)和毒株個(gè)異性的抗體

方法開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)分享

Caltech在Beacon®上進(jìn)行的多重檢測(cè)在依照布魯克細(xì)胞分析提供的實(shí)驗(yàn)指南給出的建議進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，也分享了一些幫助提升多重檢測(cè)質(zhì)量和可重復(fù)性的可溶性抗原標(biāo)記經(jīng)驗(yàn)（圖4）。為了保持檢測(cè)的一致性和可比較的標(biāo)記，建議在使用BirA共表達(dá)抗原時(shí)使用Avi標(biāo)簽和生物素化。利用亞化學(xué)計(jì)量標(biāo)記來(lái)限制通過(guò)鏈霉親和素四聚體的交聯(lián)。雖然也可以使用隨機(jī)生物素標(biāo)記，但由于抗原有可能聚集，這會(huì)導(dǎo)致微珠和blooms看起來(lái)均一度欠佳。

圖4. 多重分析中抗原標(biāo)記最佳實(shí)踐

此外，針對(duì)不同形式抗原的濃度，也需要進(jìn)行針對(duì)性更改。如果是進(jìn)行3～5種單體抗原的篩選，每種抗原的終濃度建議為0.5ug /mL （10-20 nM for 25-50kD蛋白）。如果是三聚體這樣的復(fù)雜抗原，則建議將濃度減少到2-5 nM。對(duì)于檢測(cè)中使用的二抗，不同的抗體會(huì)有差異，建議濃度在1:500～1:2500 范圍內(nèi)調(diào)整，這樣能夠獲得更加的檢測(cè)結(jié)果。

多重檢測(cè)和親和力評(píng)分用于評(píng)估抗體譜

Beacon®的多重檢測(cè)和親和力評(píng)分能夠幫助多個(gè)研究方向的科研工作者解決關(guān)鍵問(wèn)題，除了能夠在不同的物種，包括免疫后的小鼠、兔和感染恢復(fù)期/疫苗接種后的患者體內(nèi)，篩選具有特定多重病原表位結(jié)合能力的抗體，用于治療性抗體或者檢測(cè)抗體的開(kāi)發(fā)。這種快速、便捷、高通量的分析方式還為深入理解在疫苗接種后或者感染后的抗體反應(yīng)譜提供了探索方式（圖5）。相比于傳統(tǒng)基于血漿的批量檢測(cè)方法，Beacon®提供單個(gè)抗體特性的分辨率，對(duì)于理解抗體的多樣性和功能特性提供更加具有啟發(fā)性的結(jié)果。利用這項(xiàng)信息，研究者可以獲得更加全面的抗體譜的評(píng)估，進(jìn)而深入理解不同的疫苗或者免疫策略對(duì)誘導(dǎo)出的差異化抗體。

圖5. 利用多重篩選和親和力評(píng)分比較不同個(gè)體的抗體譜

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目前，Caltech的Beacon®中心已經(jīng)為眾多研究者提供抗體發(fā)現(xiàn)和其他研究領(lǐng)域的技術(shù)服務(wù)，在前兩年中就開(kāi)展了多達(dá)25項(xiàng)新型抗體序列的開(kāi)發(fā)申報(bào)。

Beacon®單細(xì)胞光導(dǎo)系統(tǒng)作為開(kāi)放型的單細(xì)胞功能研究工作站，通過(guò)利用它能夠分離、培養(yǎng)、分析和導(dǎo)出單細(xì)胞的技術(shù)特性，還能夠被應(yīng)用于包括T細(xì)胞的功能表征、貼壁細(xì)胞克隆、CRISPR篩選等多重不同的應(yīng)用領(lǐng)域中（圖6）。

圖6. Beacon®單細(xì)胞光導(dǎo)系統(tǒng)的更多應(yīng)用