纳米材料与Biacore，还能这么玩！

上海大学环化学院纳米化学与生物学研究所（纳米所）曹傲能教授和王海芳教授团队，经过近十年努力，首次在纳米粒子表面通过精确控制柔性基团构象实现了类蛋白质功能，研制出纳米人工抗体。该工作在《美国科学院院刊》(PNAS: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America) 在线发表。

图1：文章截图

研究团队仅选取了天然蛋白质抗体中一小段柔性的多肽，把这段单独没有特定构象、不具有活性的多肽两端“嫁接”到金纳米粒子上，通过精确控制多肽两端的距离来调整其构象，赋予了纳米粒子和天然抗体一样的识别抗原的功能。

纳米人工抗体，具有比天然蛋白质抗体更稳定、与抗原结合更强、储存运输条件简单等优势。那如何高效地设计出通用型纳米人工抗体呢，让小编带着大家一探究竟！

01. 结合蛋清溶菌酶 (HEWL) 为骨架的纳米人工抗体设计

cAb-Lys3为针对HEWL的原型抗体，研究人员把位于cAb-Lys3的互补决定域 (CDR) 的100-112氨基酸序列“嫁接”至纳米金颗粒 (Au-NP) 的表面，从而设计出纳米人工抗体。如图2所示，Pep1、Pep1m、Pep1s是基于CDR3的100-112氨基酸序列展开改造后的多肽序列。

图2：针对HEWL的纳米人工抗体设计图

为找到纳米人工抗体的最佳设计方式，研究团队采用SPR检测法对纳米金颗粒-柔性多肽的配比做了对比检测，如图3A：当AuNP与Pep1以1:60配体呈现时，其与抗原HEWL的结合特性最佳。随后，采用Biacore自带的Kinetics/affinity方法模块对AuNP-60Pep1与HEWL的结合动力学参数进行了检测，如图3B：经对比，纳米人工抗体AuNP-60Pep1与HEWL的亲和力KD=1.5×10^-10 M，比原型抗体：HEWL的亲和力高出2个数量级。

课题组借助Biacore多检测通道的设计，做了平行对比实验，结果如图3C：AuNP-Pep1与HEWL之间存在着特异性结合，与其他伪装配体之间，仅存在微弱的非特异性吸附。同时，也在Biacore上做了竞争分析实验，结果见图3D：当存在竞争抑制剂Tri-NAG时，AuNP-Pep1与HEWL之间的结合信号会显著降低。这也充分证实了Tri-NAG与AuNP-Pep1识别HEWL的同一活性位点，可用于后续的纳米人工抗体的继续优化工作。

图3：AuNP-Pep1与HEWL的结合特异性检测

02. 表皮生长因子受体 (EGFR) 为骨架的纳米人工抗体设计

课题组为测试此纳米人工抗体设计策略的通用性，也以EGFR为抗原、7D12为原型抗体设计了纳米人工抗体AuNP-Pep2，如图4所示。

图4：针对EGFR的纳米人工抗体设计图

课题组同样采用SPR检测法，确定了AuNP与Pep2的最优配比为1:60（图5A）、AuNP-Pep2的结合是特异性反应（图5B）。同时，AuNP-Pep2与EGFR的亲和力KD=1.2×10^-11 M（图5C），比EGF-sEGFR之间的亲和力高出了2个数量级（图5D）。

类似于针对HEWL的竞争分析法，课题组也使用Biacore对配体EGF、抗原EGFR、纳米人工抗体AuNP-Pep2进行了检测，结果如图5E：EGF与EGFR存在较强的结合信号 (Blank) ；存在AuNP-Pep2时，结合信号会显著降低 (AuNP-Pep2) ；其他纳米人工抗体则无明显抑制效果。此外，研究人员采用透射电镜观察了AuNP-Pep2复合物的形成情况，结果如图5F。

图5：AuNP-Pep2与EGFR的结合特异性检测

随后，课题组也测试了他们所研制的纳米人工抗体的热稳定性，以方便进行存储、运输条件的优化。如图7B-C所示，分别为AuNP-Pep1、AuNP-Pep2于100℃下水浴1h前后，与HEWL (7B) 、EGFR (7C) 的检测结果，从检测信号可以看出，此纳米人工抗体的设计具有极好的热稳定性。

图7：纳米人工抗体的热稳定性分析

03. 小结

同时，课题组用了两组抗原抗体检验了此纳米人工抗体的适用性，从结果中也能看出，AuNP-Pep1识别的是抗原HEWL的峡谷区、AuNP-Pep2识别的是EGFR的表平面。所以，此纳米人工抗体的设计可以被广泛用于相关抗体的优化、改造工作中。

抗体药一直都是非常火热的赛道之一，全抗、多抗、纳米抗体等相关研究层不出穷；纳米人工抗体也有其独特的优势及应用场景，期待更多的抗体药物面世，造福于人类。