单分子阵列免疫荧光-Simoa
蛋白质组学的未来！
图1 单分子阵列免疫荧光仪Simoa HD-X装机现场图
海南第一台单分子阵列免疫荧光仪（HD-X，Quanterix）于2024年1月在海南旅投医学检验中心成功装机，这标示着本中心的检测能力“更上一层楼”，也标志着本中心 “产学研”能力的进一步增强。单分子免疫技术是一种能提升生物体液蛋白质检测灵敏度的新型技术，本篇文章将着重介绍单分子阵列酶联免疫（Single-molecule enzyme-linked immunosorbent assay ，Simoa）（以下简称：Simoa）的原理、优势以及应用场景。
1.Simoa原理概述
Simoa是基于微阵列芯片的单分子免疫检测，其检测原理为（详情见原理图）：
①在毫米级芯片上汇集成千上万个微米级（体积约40fl）微井；
②检测磁珠上附有待测蛋白相应的捕获抗体，捕获待测蛋白后，带生物素（biotin）的检测抗体与待测蛋白特异性结合，这一产物通过结合链霉亲和素标记β-半乳糖苷酶发出荧光；
③将上述反应后的复合磁珠分置于上述微井中；
④使用高分辨率荧光显微镜对芯片上所有微井中荧光信号检测，依据泊松分布理论进行计数，借此计算荧光产物孔数量与含珠子孔总数；
⑤通过上述计算获得测试样品中的蛋白质浓度。
图2 Simoa的检测原理
2.Sioma技术优势
Simoa技术的优势在于：灵敏度高，全自动化，多重检测，高精准度，检测动态范围大，自定义程度高。Simoa技术灵敏度高，市场应用范围广。
高灵敏度
相较于传统ELISA，ECL（电化学发光）方法，Simoa利用单分子阵列技术提高了蛋白检出限，相较于传统ELISA提高1000倍，部分蛋白检测下限可达fg/mL级别，可实现微量蛋白的检测和相对定量。
图3 Simoa的高灵敏度
全自动化
HD-X是Quanterix公司针对Simoa技术的最新仪器，试验过程不依赖操作人员，保证试验结果的准确性和高可重复性。
多重检测
Simoa技术使用单分子检测技术（磁珠），可同时检测多种待测蛋白，最高可同时检测6种蛋白，在保证多重检测的同时，单分子技术的优势使得所需样本量少（50起），保证实验可实施性高。
图4 Simoa的多重检测原理
动态范围
检测动态范围>4log，减少了高丰度蛋白掩蔽效应，提高了微量蛋白检测灵敏度和准确度。
高自定义
该仪器支持客户根据需求自定义，增大可检测蛋白范围。
3.Sioma应用场景
Simoa技术已被广泛使用于临床相关的各个科室，可分为以下6个方面：
疾病诊断
利用单分子免疫的高灵敏特性，可以精准检测人体一些疾病的生物标志物，例如神经系统疾病标志物，心血管疾病标志物，眼科疾病标志物，感染科疾病标志物等；
PK/PD药物代谢动力学
多种样本类型检测微剂量蛋白，可用于评估药物效应；
DNA&miRNA
核酸检测，从而确定一些分子标志物，例如：miRNA122 肝损伤项目等；
免疫炎症评估
通过Simoa检测疾病急性期细胞因子含量，可以评估人体免疫状态；
眼科疾病
Simoa能很好解决眼科疾病样品量少，珍贵，相关标志物含量丰度低的问题；
新型标志物开发
Simoa Homebrew平台提供自主开发蛋白标志物，可以自定义需求开发。
本次主要介绍Simoa技术在神经科疾病领域的应用，除此之外，Simoa技术在感染科、肿瘤科、生殖科、眼科等各个科室均可广泛运用。
4.神经领域
神经系统的疾病往往具有进展性，持续性，复杂性等特点，具有脑源特异性的血浆生物标志物，往往在血液中含量低，且血液中蛋白质种类多，所以这些生物标志物容易被掩盖。因此借助Simoa的超高灵敏特性，能在无创、便利前提下，检测出传统方法难以检测的微量蛋白，从而达到无创，早期诊断部分神经系统疾病的目的。
4.1疾病诊断
阿尔茨海默病（以下简称AD）是痴呆的主要病因之一，它具有起病缓慢伴进行性发展的特点，传统AD的诊断依靠影像学和量表结合，耗时且花费昂贵，而传统脑脊液检测，需要进行腰穿，对病人身体损害大。因此，一种更快、侵入性更小的血液生物标志物蛋白受到了临床广泛关注，经过多年研究，血浆生物标志物Aβ1-42，Aβ1-40，p-Tau等蛋白受到了空前关注。2023年《NIA-AA阿尔茨海默病临床诊断指南修订版》提出将血浆生物标志物作为AD早期诊断的标准。
图5 NIA-AA阿尔茨海默病临床诊断指南修订版标志物
Simoa技术检测神经丝轻链（Neurofilament light）蛋白在其它神经系统疾病，例如多发性硬化（Multiple Sclerosis，MS）、肌萎缩侧索硬化症（Amyotrophic Lateral Sclerosis，ALS）、额颞叶痴呆（Frontotemporal Dementia，FTD）等疾病中能起到辅助诊断、预示疾病进展、监测预后等作用。
4.2 相关研究
Simoa作为新型蛋白质检测方法，可以检测多种样本类型，包括但不限于血液、外泌体、唾液等，在神经系统研究中，可用于已有生物标志物无创检测效果验证、队列研究，还可用于药物疗效监测，例如下面简单展示了一个Simoa在AD最新药物仑卡奈单抗（Lecanemab）中的应用，在仑卡奈单抗的研发过程中，研究人员除了采用“金标准”PET-CT，临床量表评估外，也使用了Simoa测量脑脊液（CSF）和血浆中蛋白质标志物表达量，从而佐证了仑卡奈单抗的疗效。
图6 Simoa在Lecanemab研发中疗效监测
通过上述介绍可知，Simoa平台具有高灵敏度，高重复度，高自由度，高动态范围及低反应体系等优势，是一项可应用于神经、肿瘤、感染、免疫炎症等领域疾病诊断、研究、药物疗效等方面的优秀工具。下表列出Quanterix公司目前已有检测项目及可能应用方向（因篇幅有限、仅部分展示），同时Simoa Homebrew平台可支持自定义蛋白检测，利于新型标志物发现及验证。
针对引进的新平台，本中心也推出一系列和Simoa技术相关检测项目，旨在满足部分神经退行性疾病早期筛查和预防需求，检测项目如下表所示，如若有相关科研需求，请联系魏先生18606325238。
来源：
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来源：海旅大健康
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