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盘点！分子互作“金标准” Biacore在CNS文章中的使用（下）

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在上期CNS顶刊与Biacore的药物开发研究中，Biacore team为大家介绍了超强可逆结合的小分子药物（亲和力61 pM），共价结合的放射性药物，“中医药献给世界的一份礼物”——青蒿素、蛋白质设计、PROTAC/分子胶水（四组分同时检测）等内容。

本期，我们来关注“大象无形”的基础科研部分，包括人类进化、遗传机制、病毒、植物免疫、结构生物学等领域。

✦ 进化篇 ✦

▶ 古老基因对现代人类免疫系统的持久影响分析

11月，墨尔本大学等单位在Cell上发表的研究成果揭示了古老人类基因KIR3DL1114对大洋洲原住民免疫系统的影响，该基因与高频率的HLA-A24:02配对，可能导致他们更容易受到流感等疾病的侵害1。

文章使用Biacore检测HLA分子与不同基因序列的识别、结合情况，为理解不同人群对疾病易感性的差异提供了新的见解。

图1：Biacore检测不同基因序列与对应HLA分子之间的相互作用

▶ 脊椎动物的进化之旅与某RNA原件有关

2月，基因技术公司系等单位，在Cell上发表的研究成果中，发现了一种名为RetroMyelin的逆转录病毒RNA元件，它在所有有颌的脊椎动物中控制着髓鞘的形成，从而对脊椎动物进化产生了重要影响²。

RetroMyelin通过与转录因子SOX10相结合（使用Biacore完成了该实验），调节髓鞘主要成分Mbp的表达，进而影响髓鞘的形成。

研究还发现，RetroMyelin的获得很可能是在物种分化后独立发生的，这表明逆转录病毒的整合与脊椎动物髓鞘的形成存在密切关联。

图2：Biacore检测RetroMyelin原件与转录因子SOX10的互作结果

✦ 分子机制篇 ✦

▶ ER应激期间线粒体蛋白翻译的“避风港”：PERK-ATAD3A

8月，剑桥大学在Science上发表的研究论文，证明在ER应激期间，线粒体蛋白ATAD3A与PERK结合，并竞争性抑制PERK对eIF2a的磷酸化，从而减弱PERK信号通路并保护线粒体翻译，进而缓解ER应激引起的翻译抑制对线粒体的影响，揭示了ER应激期间翻译效率的细胞器特异性差异³。

文中使用Biacore检测ATAD3A与PERK近端环区域的结合。

图3：Biacore检测ATAD3A与PERK的相互作用

▶ 大脑独特的左右差异背后的遗传机制

5月，英国伦敦大学学院等单位在Science上发表的研究论文，揭示了Cachd1蛋白在调控斑马鱼脑部神经元不对称性中的重要作用⁴。

研究中用Biacore测定了小鼠CACHD1ECD与FZD受体和LRP6共受体的结合亲和力，结果表明CACHD1可以与Wnt信号通路的两个关键受体FZD和LRP6结合，并可能通过竞争性结合的方式影响Wnt信号通路的活动。

图4：Biacore测定CACHD1与FZD和LRP6受体的结合

✦ 植物免疫篇 ✦

▶ 水稻刹车机制调控免疫反应

5月，中国科学院分子植物科学卓越创新中心在Nature上发表的论文中报导了水稻中的U-box泛素E3连接酶OsCIE1作为刹车分子抑制OsCERK15。在无病原菌侵染的时期，OsCIE1泛素化OsCERK1，降低其激酶活性。

当水稻面临病原真菌入侵时，真菌细胞壁上的长链几丁质迅速诱导OsCERK1的激酶活性，激活的OsCERK1磷酸化OsCIE1并阻断其E3连接酶活性，从而释放刹车并促进免疫反应。

文章使用Biacore检测OsCIE1 U-box域与OsUBC8之间的结合亲和力，结果表明，Asp的Ser237磷酸化模拟突变显著降低了 U-box 与 OsUBC8 之间的亲和力。

图5：OsUBC8与野生型和S237D突变体U-Box的结合能力变化

✦ 细菌-噬菌体反免疫机制 ✦

10月，北京化工大学等单位在Nature上发表的研究成果中，报导了噬菌体编码的抗细菌Thoeris系统的“海绵蛋白”Tad1和Tad2均为具有两种不同的结合口袋的“超级海绵蛋白”，能够同时吸附抑制CBASS系统或III型CRISPR-Cas系统的环状寡核苷酸信号分子，从而逃逸细菌免疫⁶。

文章使用Biacore检测HgmTad2与环状二核苷酸的结合，结果显示cGG与HgmTad2的结合KD值高达24.2 pM，这解释了为什么HgmTad2在大肠杆菌中表达时能够稳定结合内源性的cGG。

图6：不同CDN分子与HgmTad2亲和力结合对比

✦ 病毒篇 ✦

▶ 中国科学家团队首次揭示乙肝病毒表面抗原结构

9月，上海科技大学/清华大学/南开大学/中国科学院以及中国食品药品检定研究院等单位在Science上发表了题为“Inherent symmetry and flexibility in hepatitis B virus subviral particles”的研究论文，研究了乙型肝炎病毒表面抗原（HBsAg）的结构和组装机制，表征了乙肝表面蛋白及其自组装体表现出的高度结构柔性，揭示了其在病毒粒子表面形成多样寡聚形态的分子基础⁷。

文中使用Biacore检测了抗体与HBsAg的结合（图7）。

图7：SPR检测三种抗体与HBsAg的结合

▶ 新冠变体JN.1的免疫逃逸

11月北京大学研究团队在Nature在线发表的研究成果中，报道了JN.1谱系中的KP.3具有强大的免疫逃逸能力和受体结合能力⁸。

源自IGHV3-53/3-66的1类中和抗体（NAbs）对JN.1的野生型反应性具有重要贡献。然而，KP.2和KP.3能够逃逸这些抗体中的大部分，甚至包括由JN.1诱导的抗体，这些都表明了开发疫苗加强针的重要性。

文章采用Biacore及Protein A芯片检测不同病毒RBD及ACE2蛋白之间的亲和力，发现JN.1中的L455S突变减弱了BA.2.86 RBD的高亲和力，F456L和R346T + F456L对JN.1的hACE2结合亲和力影响不大，而KP.3的Q493E突变在JN.1 + F456L的基础上显著提高了受体结合亲和力。

图8：不同新冠病毒RBD与受体蛋白的亲和力强弱

▶ 禽流感病毒的单个突变增加感染人的风险

12月，斯克里普斯研究所在Science上发表了的研究成果中，表明感染美国奶牛的H5N1“禽流感”病毒中的一个突变可能会增强这种病毒附着在人类细胞上的能力，并揭示了这种受体特异性改变的分子基础⁹。

文中使用Biacore测定了大量的病毒或其突变体H5 HA与禽类或人类受体的亲和力，以及受体与唾液糖苷的结合。

结果表明，Q226L突变可以完全改变H5 HA的受体结合特异性，使其从禽类受体转变为人类受体，一些其他突变体可以进一步增强H5 HA与人类受体的结合亲和力（图9）。

2024年CNS “金字塔尖”& Biacore“金标准”的发表成果中，囊括了生命进化、分子机制、药物开发、疫苗设计、新疗法发现等多种应用，如需获取更多信息，欢迎联系您身边的Biacore产品团队！

从“无用之问”的生命进化，到“上帝之手”的药物设计，CNS文章汇集了各个领域顶尖学者的智慧，见证着科技进步的一次次里程碑。

Biacore在此致敬每一份实验室长明的灯：此时的你我，或许正与某个改写时代的分子，共享同一秒的时空。

盘点！分子互作“金标准” Biacore在CNS文章中的使用（上）

Cell、Nature、Science——这三大世界级顶刊通常被合称为“CNS”，百余年来始终是全球科研界公认的“金字塔尖”，承载着改写人类认知的突破性发现。CNS顶刊论文集聚创新性，重要性，严谨性和广泛影响力，往往凝聚着研究团队的数年心血。

在生物研究领域，分子互作技术是一项重要技术手段，而作为分子互作“金标准”，Biacore凭借其严谨的实验设计，稳定的数据产出，可靠的数据质量，多年来一直是顶刊文章中选择最多的分子互作技术品牌。

2024年，CNS正刊发表的文章中使用Biacore数据的共有四十余篇，而中国学者发表的文章近三分之一！

研究涉及超强可逆结合的小分子药物（亲和力61 pM），共价结合的放射性药物，“中医药献给世界的一份礼物”——研究涉及青蒿素，蛋白质设计，PROTAC/分子胶水（四组分同时检测），基因进化，病毒进化，HIV疫苗等各个大热领域。

接下来，Biacore团队将用两期为大家进行“年度盘点”！今天，首先介绍研究涉及药物开发方向的内容。

✦ 抗体篇 ✦

古老基因对现代人类免疫系统的持久影响分析

2024年，再生元制药公司，维瑞生物技术公司，华盛顿大学，Humabs生物医学公司，牛津大学，寻百会生物等单位在Nature或Cell正刊发表了4篇抗体药物开发的成果1-4。

其中再生元制药于9月在Nature发表的文章中，报告了一项针对超过70万人的遗传分析，发现NPR1基因编码变体的终生暴露与血压变化和心力衰竭风险相关，并开发了靶向膜结合鸟苷酸环化酶受体NPR1的研究性单克隆激动剂抗体REGN53811。

文章除了使用Biacore检测抗体与靶点的结合动力学外，同样使用Biacore检测了抗体对NPR1蛋白-ANP结合的影响：

通过捕获His- NPR1，先进样REGN5381/阴参抗体/ANP，再进样ANP；
根据第二次进样的ANP的信号，判断REGN5381不会阻断 ANP 与 NPR1 的结合。

使用Biacore分子互作仪检测REGN5381:NPR1:ANP三元复合物的结合

图1：使用Biacore检测REGN5381:NPR1:ANP三元复合物的结合

✦ 小分子篇 ✦

包括分子胶水等新型化合物药物开发的文章共有十余篇，涵盖肿瘤，病毒，抑郁症，纤维化等多个研究方向，而青蒿素在两篇文章中分别出镜。

青蒿素之一：

6月，复旦大学/重庆医科大学/中国药科大学等单位在Science上联合发表了靶向lon肽酶1（LONP1）的药物开发成果，发现青蒿素类衍生物可以通过LONP1并增强LONP1与CYP11A1的相互作用，显著改善多囊卵巢综合征（PCOS）的疾病表型5。

研究人员用Biacore验证了三种青蒿素衍生物ATM，SM934和ATS与LOPN1催化活性域的结合。

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青蒿素之二：

无独有偶，12月，斯坦福大学医学院等单位在Cell发表的研究成果，发现青蒿素ART具有潜在的抗纤维化作用6。

研究团队开发了一个整合人类诱导性多能干细胞（iPSC）、3D工程化心脏组织和动物模型的药物筛选平台，利用iPSC衍生的心脏成纤维细胞（CF）进行高通量筛选，最终，青蒿素ART被确定为具有潜力的抗纤维化药物。

文中使用Biacore并借助捕获法的形式，对筛选得到的药物与靶点蛋白MD2之间的结合特征进行了检测分析。

Biacore分子互作仪检测高通量筛选得到ART与靶点蛋白MD2的亲和力表征结果

图2：Biacore检测高通量筛选得到ART与靶点蛋白MD2的亲和力表征结果

超强亲和力，非共价小分子抑制剂：

10月，洛克菲勒大学在Nature在线发表的研究成果中，针对SARS-CoV-2的NSP14 RNA帽甲基转移酶（MTase）开发了一种新型非共价小分子抑制剂TDI-015051，其亲和力(KD) 达到 61 pM，对 SARS-CoV-2 NSP14 MTase 具有强大的抑制作用，并显示出良好的体内活性7。

文中使用Biacore分别检测了NSP14与产物SAH的结合，以及TDI-015051与NSP14-SAH复合物的亲和力。

Biacore分子互作仪在buffer中补充10 uM SAH以检测TDI-015051与NSP14-SAH复合物的亲和力

图3：在buffer中补充10 uM SAH以检测TDI-015051与NSP14-SAH复合物的亲和力

靶向共价放射性药物：

北京大学刘志博团队5月在Nature发表的研究成果中，基于现代共价药物分子工程发展了一类新型药物形式，靶向共价放射性药物（Covalent Targeted Radioligand, CTR），并使用Biacore检测共价药物分子与靶点的亲和力/动力学⁸。

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✦ 小分子篇 ✦

分子胶水

7月，诺华生物医学研究中心在Science上发表了镰状细胞贫血症 (SCD)的药物开发成果。文中报道了dWIZ-1和dWIZ-2两种新型小分子化合物，它们能够有效诱导胎儿血红蛋白（HbF）的表达，从而治疗镰状细胞贫血症（SCD）9。

研究人员在SA chip上验证了分子胶四元复合物的形成：

将DDB1:CRBN复合物固定到SA芯片表面，随后dWIZ-1（5 uM）与WIZ蛋白（浓度梯度）混合进样；
拟合得到WIZ（ZF7）与DDB1:CRBN:dWIZ-1复合物的亲和力为3.5 uM。

图4：使用Biacore检测四元复合物的形成

PROTAC

9月，邓迪大学在Science上发表靶向KRAS的药物研发成果，开发了一种蛋白水解靶向嵌合体（PROTAC）的药物ACBI3，它能够有效降解13种最常见的致癌KRAS突变体10。

研究中用Biacore测定了ACBI3及其前体化合物与KRAS靶点的结合，以及药物分子与泛素连接酶VCB:KRAS:GDP四元复合物的结合。

值得一提的是，文中使用Biacore的动力学数据进行了半衰期的换算。

图5：SPR检测药物与靶点的结合以及四元复合物的形成

✦ 多肽GLP-1类似物 ✦

5月，诺华在Nature发表的文章报导了一种新型药物GLP-1–MK-801，它结合了两种作用：GLP-1 受体激动剂和 NMDA 受体拮抗剂11。

文中使用Biacore X100，检测了GLP-1–MK-801与人血清白蛋白HSA的结合，来评估药物的代谢动力学。

图6：使用Biacore检测多肽药物与HSA的结合

✦ 蛋白质设计篇 ✦

华盛顿大学2024年诺奖得主David Baker团队，瑞士洛桑理工学院和瑞士生物信息学研究所在CNS正刊上发表了四篇蛋白质设计的研究论文，包括使用计算机蛋白质设计的方法开发小蛋白等药物分子及将膜蛋白靶点设计成可溶于水的膜蛋白类似物^12-15。

12月，David Baker团队在Science上发表了靶向肿瘤坏死因子受体超家族（TNFRSF）的小蛋白药物设计，文中用Biacore特有的单循环动力学检测了大量的药靶的结合数据¹²。

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从传承千年的中医药到AI设计药物分子，药物研发的技术经历了多次跨时代的进化，药物分子的形式也多次迭代创新，为人类生命健康发挥着不可磨灭的作用。

Biacore将继续以高质量的、真实可靠的数据，成为广大科研工作者的得力帮手，攻克更多药物开发难关，For a better life！

2024开箱盘点：过去一年Biacore和CNS的那些事儿

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随着2024新年的到来，大家是不是已经摩拳擦掌，准备好迎接新的机遇和挑战了？新年伊始，Biacore也做好了准备与大家一起披荆斩棘，贡献更多的数据和科研成果。

作为分子互作领域的“金标准”，在过去的2023年Biacore一如既往地以广泛的应用、无可比拟的灵敏度和数据质量出现在几十篇CNS主刊中，其中涉及到了新冠病毒研究、新型药物开发、结构生物学、组学方法开发、疾病发生机制等，甚至还有近几年比较火的单细胞技术与器官、组织再生等。小编精心挑选了部分文章为大家盘点2023年Biacore和CNS的那些事儿。

NTA芯片：捕获和偶联的双面强者

2023年5月，奥地利维也纳生物中心分子病理学研究所和德国萨尔大学的研究人员在Cell上发表题为“Clp-targeting BacPROTACs impair mycobacterial proteostasis and survival”的研究论文，开发了一种新的BacPROTACs抗结核病药物，能够诱导结核分枝杆菌蛋白稳定系统中必需的Clp成分的自我降解，同时克服了蛋白质自身的保护系统。文中使用的Cytiva NTA芯片，既支持采用Capture又支持Coupling的方法，来检测ClpC3与天然抗生素或HBPs (Homo BacPROTACs) 的结合。

图1：NTA芯片Capture & Coupling后，检测ClpC3与药物的亲和力

超高分辨率“眼镜”：区分单个氨基酸的亲和力差异

2023年11月，北京大学生物医学前沿创新中心 (BIOPIC) /昌平实验室曹云龙课题组在Nature杂志在线发表了题为“Repeated Omicron exposures override ancestral SARS-CoV-2 immune imprinting”的研究论文，为深入了解SARS-CoV-2免疫印记动态提供了新见解。该研究表明，在更新新冠肺炎疫苗时应放弃WT（原始株）成分，之前未接触过奥密克戎的个人应接种两种更新的疫苗加强针。研究人员凭借着Biacore超高的分辨率精确区分了SARS-CoV-2不同突变体RBD与hACE2结合亲和力的细微差异。

图2：Biacore检测SARS-CoV-2突变体RBD与hACE2的亲和力KD

深度解析新型药物作用机制：还得靠Biacore动力学数据

2023年Science主刊发表了来自美国诺华热带病研究所和格拉斯哥大学一篇题为“Cyanotriazoles are selective topoisomerase II poisons that rapidly cure trypanosome infections”的文章，报道了一类具有强效的锥虫杀伤活性的氰三唑 (CTs) 新型药物。CT化合物通过稳定双链DNA的拓扑异构酶II:酶切割复合物发挥作用。Biacore直接证实在CT1存在下Topo II与dsDNA的亲和力从1.33 μM提升至1 nM，从Biacore独特的单循环动力学分析功能得到的动力学数据可以看出解离速率降低130倍是提高酶切割复合物稳定性的直接原因。

图3：Biacore检测在CT1存在下Topo II与dsDNA的亲和力和动力学

自制捕获芯片：轻松搞定核酸样品

2023年1月，Cell主刊报道了约翰斯·霍普金斯大学医学院和佐治亚大学的科学家开发的一种双特异性RNA适配体，利用此工具实现了细胞内特定蛋白 (β-catenin) 的O-GlcNAc糖基化修饰，并研究了糖基化修饰对β-catenin功能的影响。Biacore实验中将合成的NH2-T24 DNA linker偶联在芯片上，然后利用此linker作为“捕获分子”捕获RNA适配体，再检测适配体与靶点的动力学/亲和力。

图4：Biacore检测靶点与适配体亲和力

Buffer selector：快速实现不同pH条件的互作检测

2023年3月，哥伦比亚大学在Cell上发表了题为“Structures of LRP2 reveal a molecular machine for endocytosis”的研究论文，解析了小鼠肾脏中分离的低密度脂蛋白 (LDL) 受体相关蛋白2 (LRP2) 在细胞外和内体不同pH下的高分辨率冷冻电镜结构。文中使用CM4芯片，配合Biacore特色的Buffer selector功能，检测不同pH下LRP2与受体相关蛋白RAP的结合能力变化，发现pH 7.5时亲和力高达5.8 nM，而pH 5.2时则显著降低。

图5：Biacore检测不同pH下LRP2与受体相关蛋白RAP的结合能力

Biotin CAPture芯片：Biotin标签配体也能实现可逆捕获

2023年9月，斯坦福大学医学院研究团队在Cell上发表题为“Structure of the thrombopoietin-MPL receptor complex is a blueprint for biasing hematopoiesis”的研究论文，解析了血小板生成素TPO与受体复合物的3.4 Å分辨率冷冻电子显微镜结构，揭示了同源二聚体MPL激活的基础，并为遗传功能丧失性血小板减少症突变提供了结构合理化。研究人员使用Biotin CAPture芯片，设置样品仓15度，检测仓25度，测定了TPO与受体的结合能力。Biotin CAPture是Cytiva特有的可再生版的链霉亲和素芯片，同时Biacore仪器支持分析温度、样品舱温度双向精确温控，特别适合该类研究方向的样品检测。

图6：Biotin CAPture芯片检测TPO与受体的结合能力

互作实验的多项选择：单循环动力学和多循环动力学

2023年3月，中科院生物物理研究所和北京生命科学研究所在Nature上发表了题为“Structural mechanisms for regulation of GSDMB pore-forming activity”的研究论文，揭示了IpaH7.8特异性识别GSDMB和GSDMD两种焦亡蛋白的结构基础，破解了GSDMB可变剪接调控细胞焦亡活性的精确分子机理。该研究通过Biacore发现，全长GSDMB与IpaH7.8亲和力为432 nM，比全长GSDMD与IpaH7.8的亲和力和强了约77倍，并且GSDMB的C端与IpaH7.8不结合。

图7：Biacore检测全长GSDMB及其C端、全长GSDMD及其C端与IpaH7.8亲和力

大小通吃：人体最大抗体IgM研究新突破

2023年3月，北京大学在Nature上发表了题为“Immunoglobulin M perception by FcμR”的研究论文，揭示了IgM特异性受体FcμR识别不同形式IgM的复杂机制，为深入理解IgM难以捉摸的效应功能奠定了基础，解开了这道困扰大家已久的人体免疫谜题。他们利用Biacore鉴定了多种类型的IgM（mIgM、pIgM和sIgM）与FcμR的亲和力。Biacore针对生物分子无分子量检测下限要求，多大、多小的分子都可以轻松检测。

图8：Biacore检测多种类型的IgM（mIgM、pIgM和sIgM）与FcμR的亲和力

图8：Biacore检测多种类型的IgM（mIgM、pIgM和sIgM）与FcμR的亲和力

随着Biacore用户的持续增加，在各类科学论文中看到的Biacore数据越来越丰富，SPR的高端玩家也越来越多。可以看到SPR高手不仅局限于亲和力动力学的表征，也应用于机制的探索，把各种样品类型都纳入Biacore囊中，解锁各类芯片的新奇玩儿法。

在新的一年中，Biacore也将继续带来丰富的应用，完整的实验指南，针对性的FAQ专题，与大家一起“作”出最美的传感图。

参考文献：

1. Hoi, David M et al. “Clp-targeting BacPROTACs impair mycobacterial proteostasis and survival.” Cell vol. 186,10 (2023): 2176-2192.e22. doi:10.1016/j.cell.2023.04.009

2. Yisimayi, Ayijiang et al. “Repeated Omicron exposures override ancestral SARS-CoV-2 immune imprinting.” Nature, 10.1038/s41586-023-06753-7. 22 Nov. 2023, doi:10.1038/s41586-023-06753-7.

3. Rao, Srinivasa P S et al. “Cyanotriazoles are selective topoisomerase II poisons that rapidly cure trypanosome infections.” Science (New York, N.Y.) vol. 380,6652 (2023): 1349-1356. doi:10.1126/science.adh0614

4. Zhu and Hart, Dual-specificity RNA aptamers enable manipulation of target-specific O-GlcNAcylation and unveil functions of O-GlcNAc on b-catenin, Cell (2023), https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.12.016

5. Beenken, Andrew et al. “Structures of LRP2 reveal a molecular machine for endocytosis.” Cell vol. 186,4 (2023): 821-836.e13. doi:10.1016/j.cell.2023.01.016

6. Tsutsumi, Naotaka et al. “Structure of the thrombopoietin-MPL receptor complex is a blueprint for biasing hematopoiesis.” Cell vol. 186,19 (2023): 4189-4203.e22. doi:10.1016/j.cell.2023.07.037

7. Zhong, Xiu et al. “Structural mechanisms for regulation of GSDMB pore-forming activity.” Nature vol. 616,7957 (2023): 598-605.

8. Li, Yaxin et al. “Immunoglobulin M perception by FcμR.” Nature vol. 615,7954 (2023): 907-912.

高分秘籍｜CNS主刊文章原来这样写！（上）

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随着新年钟声的敲响，2023已悄然而至。站在岁初，回顾往昔，不凡的2022始于全球瞩目的北京冬奥会，终于防疫政策的优化使得我们逐步恢复了烟火日常。而聚焦科研领域，作为分子互作“金标准”的Biacore在2022年也有诸多高光时刻，凭借无可比拟的检测性能和广泛的应用方向，为科研工作者提供了高质量、丰富的实验数据。

2022年全球科研工作者借助Biacore在CNS主刊上发表了近50篇文章，研究内容涉及新冠、植物科学、免疫、神经科学、结构学等多个热门领域。我们将分为上下两篇向大家展示Biacore的神通广大，今天的内容先集中关注Biacore在新冠中的应用，目前奥密克戎作为全球流行的优势毒株，虽然重症率和病亡率较低，但是感染人数多、传染性强，仍是目前科研工作研究的热点，小编选取了部分CNS主刊的文章一起看看Biacore在新冠相关研究中有哪些亮点的成果。

01结构与分子机制

2022年2月，南方科技大学联合中国科学院微生物所在Cell 上发表题为“Receptor binding and complex structures of human ACE2 to spike RBD from Omicron and Delta SARS-CoV-2 ”的研究论文，首次解析了新冠病毒两个关键突变株Omicron 和Delta RBD与人ACE2的复合物结构，阐明了其相互作用的分子机制。该研究通过Biacore发现，与 Alpha、Beta 和 Gamma 不同， Omicron RBD 与 hACE2 的亲和力和原型RBD与 hACE2的亲和力相似（图1），这可能是由于免疫逃逸和传播性的多重突变的补偿。

图1. Biacore检测hACE2与新冠各突变株RBD的亲和力

2022年8月，中国科学院微生物研究所及北京生命科学研究所在Cell 发表了题为“Structural basis of human ACE2 higher binding affinity to currently circulating Omicron SARS-CoV-2 sub-variants BA.2 and BA.1.1”的研究论文，该研究通过Biacore发现，hACE2与四个早期 Omicron 亚变体（BA.1、BA.1.1、BA.2 和 BA.3）的RBD的结合亲和力顺序为 BA.1.1>BA.2>BA.3≈BA.1（图2）。

图2. Biacore检测hACE2与新冠各突变株RBD的亲和力

2022年2月，英属哥伦比亚大学等单位在Science发表题为“SARS-CoV-2 Omicron variant: Antibody evasion and cryo-EM structure of spike protein–ACE2 complex”的文章，对Omicron突变株的刺突蛋白进行了结构分析。Biacore结果显示，刺突蛋白上的几个突变（R493、S496和R498）使得其与细胞受体ACE2之间产生了新的盐桥和氢键，这些相互作用补偿了其他已知的会降低亲和力的突变（如K417N），导致Omicron和Delta具有相似的ACE2结合亲和力（Omicron：KD=1.4nM；Delta：KD=1.5nM，图3）。

图3，Biacore检测WT/Delta/Omicron与ACE2的亲和力

02免疫逃逸

2022年6月，北京大学谢晓亮课题组在Nature发表题为“BA.2.12.1, BA.4 and BA.5 escape antibodies elicited by Omicron infection” 的文章，报道了 Omicron突变株BA.2.12.1、BA.4和BA.5的受体结合能力与免疫逃避能力。Biacore结果显示，在受体亲和力层面，BA.2.12.1、BA.4和BA.5保留了与BA.2相当的hACE2结合能力（图4，BA.2, KD=10.8nM; BA.2.12.1, KD=12.4nM; BA.4/5, KD=14.4nM,）。但对其免疫谱系进行位点研究后发现， BA.4与BA.5携带的L452R和F486V突变使得其对原有中和抗体均产生明显免疫逃避。

图4，不同类别新冠病毒突变株RBD/Spike蛋白三聚体与hACE2受体亲和力比较

2022年3月，中科院生物物理所、广州医科大学和北京大学合作在Cell 上发表了题为“Structural and functional characterizations of infectivity and immune evasion of SARS-CoV-2 Omicron”的研究论文，该研究对 Omicron Spike的结构分析揭示了奥密克戎感染性和免疫逃避的结构和功能特征。科研人员通过Biacore比较了原始病毒株RBD/奥密克戎RBD与hACE2的亲和力差异，结果显示奥密克戎RBD与hACE2的结合更强，亲和力比原始病毒株RBD强了2.8倍（图5）。

图5，Biacore检测原始病毒株RBD/奥密克戎RBD与hACE2的亲和力

2022年2月，华盛顿大学等单位的研究人员在Science上发表题为“Structural basis of SARS-CoV-2 Omicron immune evasion and receptor engagement”的文章，解析了Omicron S蛋白的冷冻电镜和x射线晶体结构，确定了奥密克戎突变毒株的刺突蛋白上的精确结构改变，为研究人员设计新的对策来应对可能出现的奥密克戎和其它冠状病毒突变毒株提供了一张蓝图。文中采用Biacore检测抗体与RBD或S蛋白的亲和力（图6），结果显示Wuhan-Hu-1与抗体的亲和力（黑色传感图）均明显高于Omicron与抗体的亲和力（红色传感图）。

图6，Biacore检测抗体与Wuhan-Hu-1及Omicron的亲和力

03疫苗设计与接种策略

2022年6月，中国科学院微生物研究所高福院士团队及合作团队在Cell上发表题为“Protective prototype-Beta and Delta-Omicron chimeric RBD-dimer vaccines against SARS-CoV-2”的文章，报道了新的多价嵌合疫苗。研究人员基于之前的同型二聚体策略，新开发了一种嵌合RBD-dimer疫苗的方法，该方法比同型RBD-dimer疫苗诱导了更广泛的免疫应答。研究中设计了prototype-beta、Delta-Omicron嵌合疫苗，采用Biacore检测了这些嵌合疫苗以及同型RBD-dimer、RBD-monomer与hACE2和5种不同抗体(CB6\CV07-270\C110\S309\CR3022)之间的相互作用（图7）。

图7，Biacore检测嵌合RBD-dimer，同型RBD-dimer以及RBD-monomer与hACE2及抗体的结合

2022年，美国NIH、埃默里大学医学院、莫德纳公司等单位在Cell上发表了两篇关于mRNA疫苗的研究论文，在1月发表的题为“Protection from SARS-CoV-2 Delta one year after mRNA-1273 vaccination in rhesus macaques coincides with anamnestic antibody response in the lung”的文章中，研究人员发现恒河猴接种mRNA-1273疫苗一年后对SARS-CoV-2 Delta的保护与肺部的记忆抗体反应一致，通过Biacore直接检测了mRNA-1273接种后产生的抗体对RBD结合的分布情况（图8B）。

在4月份发表的题为“mRNA-1273 or mRNA-Omicron boost in vaccinated macaques elicits similar B cell expansion, neutralizing responses, and protection from Omicron”的文章中，报道了接种mRNA-1273同源加强针和Omicron-mRNA异源加强针，均能提升对Omicron突变株感染的保护力。研究人员通过Biacore直接检测了加强针免疫后产生的抗体对RBD结合的分布情况（图8A）。

在两篇文章中，研究人员在Biacore上均直接检测了免疫后的血清样品，表明Biacore不仅可以检测纯的样品，还能检测血清等复杂样品。此外Biacore的表位分析模块Epitope binning，可以自动化、可视化显示抗体的分布谱，极大提升了数据分析的效率。

图8. Biacore检测mRNA疫苗接种免疫后产生的抗体对RBD结合的分布情况

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笑傲江湖，谁与争锋 — 2021 用Biacore 发表的CNS文章荟萃（下）

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01病毒/抗体研究（非新冠类）

图4 单抗1G5.3与多来源黄病毒NS1蛋白的亲和力^[13]

2021年1月，中科院微生物所高福院士与澳大利亚昆士兰大学的澳大利亚传染病研究中心在Science联合发表了“A broadly protective antibody that targets the flavivirus NS1 protein”，获得了一种针对黄病毒NS1蛋白的广泛保护性抗体1G5.3，可以减少登革热、寨卡病毒和西尼罗病毒小鼠模型的病毒血症并提高宿主存活率。研究人员使用Biacore T200与Protein A芯片，捕获抗体1G5.3，检测与不同来源黄病毒NS1蛋白的亲和力，证明该抗体可以广谱结合不同来源的NS1蛋白，也确证了黄病毒非结构蛋白1 (NS1)是潜在的广谱抗病毒的关键靶点（图4）。

5月，英国Wellcome Sanger研究所/英国约克大学Gavin J. Wright研究团队在Nature上发表文章“An invariant Trypanosoma vivax vaccine antigen induces protective immunity”，借助Biacore 8K鉴定了疫苗IFX（来源于间日疟原虫的不变性鞭毛抗原）与小鼠单克隆抗体的结合位置，并表征了它们之间的结合亲和力。

10月，华盛顿大学医学院病理与免疫学系Michael S. Diamond和Daved H. Fremont在Nature上发表文章“Structure of Venezuelan equine encephalitis virus in complex with the LDLRAD3 receptor”，借助Biacore T200 完成了委内瑞拉马脑炎病毒(Venezuelan equine encephalitis virus, VEEV)与受体LDLRAD3和LDLRAD3 domain 1的亲和力及动力学参数检测。

02肿瘤-免疫调节

图5 IL-23p19介导的IL23R与IL-23的结合^[15]

2021年2月，斯坦福大学医学院 K. Christopher Garcia团队在Cell发表了“Structural basis for IL-12 and IL-23 shared receptor usage reveals a gateway for shaping actions on T versus NK cells”，该文中利用Biacore T100 检测IL12和IL23分别与两种受体的亲和力，发现IL-23p19对IL23R与IL-23的结合是必须的，而对招募IL-12Rb1则不是必须的；IL-12p35和IL-23p19介导的是与各自受体胞外域的特异性结合；IL-12Rb1的突变体增强了其与P40的亲和力（图5）。

3月，约翰霍普金斯大学医学院在Science上发表了一篇题为“Targeting a neoantigen derived from a common TP53 mutation”，发现了TP53(肿瘤蛋白p53)的全新突变抗原位点，并设计获得了靶向该位点的高特异性的单链双抗H2-scDb。研究人员使用BiacoreT200证实了H2-scDb可以特异性地与TP53突变位点p53R175H/HLA-A*02:01结合，而与野生型p53WT/HLAA*02:01不结合。

3月，德国约翰内斯古腾堡大学医学中心在Science上发表了“Lipid presentation by the protein C receptor links coagulation with autoimmunity”，发现CD1d样内皮蛋白C受体(EPCR)所表达的内体溶双磷脂酸(LBPA)是一种致病细胞表面抗原，可被aPLs识别，用于诱导血栓形成和内体炎症信号传导。研究人员使用Biacore及L1芯片，检测了aPL HL5B与 EPCR、EPCR-LBPA的动力学亲和力，确认了与未修饰的sEPCR相比， aPL HL5B与sEPCR- LBPA可以紧密结合。

3月，斯坦福大学在Science发表了“Structure-based decoupling of the pro- and anti-inflammatory functions of interleukin-10”，揭示了白细胞介素-10 (IL-10)与IL-10受体的可控的结合方式，为调节IL-10的多效作用提供了一个机制蓝图。研究人员使用BiacoreT100，验证了从定向进化文库中筛选得到的克隆5.1(“super-10”)在IF-10Rα存在与否的情况下，均与IF-10β结合，亲和力 (KD)分别为30 nM和70 nM，证明了确实可以调节IL-10，增强其功能特异性。

6月，澳大利亚莫纳什大学在Science上发表了一篇题为“Canonical T cell receptor docking on peptide–MHC is essential for T cell signaling”的文章，揭示了典型的TCR-pMHC对接极性的关键驱动因素及其在T细胞识别和激活中的作用。研究人员使用Biacore T200和Biacore 3000，完成了极性颠倒的TCR与pMHCⅠ的亲和力动力学检测，证明了极性颠倒的TCR不能参与免疫应答，与TCR-pMHCⅠ结合亲和力无关。

9月，美国国立卫生研究院国家心肺血液研究所Warren J. Leonard和美国国家癌症研究所Nicholas P. Restifo，斯坦福大学医学院K. Christopher Garcia研究团队联合在Nature上发表“An engineered IL-2 partial agonist promotes CD8+ T cell stemness”，文章借助Biacore T100完成了IL-2突变蛋白和γc之间的相互作用、H9-IL-2Rβ和H9T-IL-2Rβ复合物与IL-2Rγ 的亲和力比较。

03细胞迁移分化

图6 Biacore稳态法测定不同NET1与NEO1的亲和力^[21]

2021年4月，牛津大学惠康人类遗传学中心结构生物学科Christian Siebold团队在Cell发表了“Simultaneous binding of Guidance Cues NET1 and RGM blocks extracellular NEO1 signaling”，作者通过NEO1-NET1-RGM结构揭示了存在于细胞膜中的“三聚体”超级组装，并且这个超级组装形成的三聚体会通过阻断RGM-NEO1复合物形成的信号以及NET1诱导下的NEO1胞外聚集，进而抑制RGMA介导的生长锥塌陷以及RGMa或NET1-NEO1介导的神经元迁移。本文利用Biacore T200 完成了多组NET1 和NEO1亲和力的测定（图6）。

04遗传性神经疾病

2021年9月，美国Denali Therapeutics公司的Gilbert Di Paolo团队在Cell发表了“Rescue of a lysosomal storage disorder caused by Grn loss of function with a brain penetrant progranulin biologic”。Gilbert Di Paolo团队研发了治疗LSD的生物制剂PTV:PGRN (protein transport vehicle : progranulin)——通过转铁蛋白受体介导的胞转作用，将颗粒蛋白前体（progranulin, PGRN）穿过血脑屏障运入大脑，可以治疗由Grn基因缺失引起的LSD或额颞叶痴呆。本文利用Biacore 8K测定了PTV:PGRN, PTV:PGRNv2 以及Fc:PGRN 与 hTfR的亲和力。

05神经元发育

图7 BAI1- 与BAI3-RTN4R的亲和力测定^[23]

2021年11月，美国斯坦福大学医学院Thomas C. Südhof、K. Christopher Garcia等在Cell发表“RTN4/NoGo-receptor binding to BAI adhesion-GPCRs regulates neuronal development”，作者利用Biacore T100 发现，BAI的单个血小板反应蛋白1型重复（TSR）结构域以纳摩尔亲和力与所有三种RTN4受体亚型的富含亮氨酸重复结构域结合，后续通过Biacore比较了突变体和WT结合力的差异（图7）。

06动脉粥样硬化

图8 Biacore测定不同来源Fc–APRIL， Fc–c-APRIL，Fc–nc-APRIL与heparin 的亲和力^[24]

2021年8月，维也纳医科大学检验医学系Dimitrios Tsiantoulas和Christoph J. Binder研究团队在Nature上发表“APRIL limits atherosclerosis by binding to heparan sulfate proteoglycans”，发现一种名为A增殖诱导配体(APRIL，A Proliferation Inducing Ligand)的细胞因子或在抵御机体动脉粥样硬化斑块形成上扮演着保护性的角色。文章借助Biacore X100完成了human Fc APRIL (total)、human canonical Fc APRIL (human Fc c-APRIL)、human non-canonical Fc APRIL (human Fc nc-APRIL)、mouse canonical Fc APRIL (mouse Fc c-APRIL)、human canonical Fc APRIL (human Fc c-APRIL)， Fc APRIL (mouse Fc nc-APRIL)和阴性对照EDAR Fc，人Fas Fc与生物素化肝素的多组亲和力参数检测（图8）。

07肠道微生物

图9 Biacore测定OmpC与重组单克隆抗体mIgA4250 和mIgA4219的亲和力^[25]

2021年10月，瑞士伯尔尼大学生物医学研究部的Tim Rollenske和Andrew J. Macpherson的研究团队在Nature上发表“Parallelism of intestinal secretory IgA shapes functional microbial fitness”，文章借助Biacore X100完成了OmpC与重组单克隆抗体mIgA4250 和mIgA4219的亲和力参数检测。

总结

在过去一年里，疫情已经成为我们生活的一部分，同时也给众多科研工作者和医药行业带来了新的机遇与挑战。2021年，Biacore依靠自身广泛的应用范围，卓越的性能和可靠的数据质量，帮助广大科研工作者取得了累累硕果。

自1990年上市至今，作为最经典的分子间相互作用检测技术，Biacore已被中国药典，美国药典和日本药典收录。除了基础科研外，超过80%已上市的抗体药物的研发、申报、生产过程中均有Biacore的身影!

2021年，FDA获批上市的9款抗体新药中，采用Biacore完成研发申报的达8项；

2021年， Biacore助力发表的文章，PUBMED收录近两千篇；

2022年，让我们期待Biacore为科研和生物产业带来更优异的成绩！祝所有为人类健康发展奋斗的科技工作者们新的一年，得可靠数据，结累累硕果！

笑傲江湖，谁与争锋 — 2021 用Biacore 发表的CNS文章荟萃（上）

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Biacore作为分子间相互作用检测的 “金标准”，以其卓越的检测性能、可靠的实验数据、广泛的应用方向，成为分子间相互作用检测的利器，为广大科研工作者提供无数核心实验数据。

近几年，我们经历了与新冠漫长而艰难的拉锯战，而这场战役暂未停止，科研工作者仍在争分夺秒地与新冠病毒斗争。Biacore也秉承初心，与各位小伙伴们砥砺奋进，在众多研究领域持续保持着傲人的成绩。仅2021年度，全球科研人员使用Biacore在 CNS各类期刊的总文章发表量就已高达1061篇！接下来，就让小编以CNS主刊上发表的部分文章为例，与大家一起近距离欣赏Biacore的高超武艺吧！

2021年，近百篇CNS正刊文章（不算在线发表还没出版的哦）借助Biacore检测技术完成了相关实验内容，对应的研究领域也几乎涵盖了基础科研与药物研发的各个环节。除了新冠突变株作用机制、抗体药物发现、疫苗设计等方面，也有大量关于肿瘤免疫、动脉粥样硬化、遗传性神经疾病、神经元发育、细胞迁移分化等方面的基础研究！小分子化药、抗体、脂类、病毒粒子、纳米颗粒、核酸等，也均能在这里找到Ta的互作对象。

01病毒入侵机制解读（新冠类）

图1 借助BIACORE完成的RaTG13的RBD与25个种属ACE2的结合测定[1]

2021年6月，中国科学院微生物研究所、安徽大学、山西农业大学等多单位合作，在Cell联合发表了题为“Binding and molecular basis of the bat coronavirus RaTG13 virus to ACE2 in humans and other species”的文章，研究者利用 Biacore 8K单循环模式测定了RaTG13的受体结合域（RBD）与25个种属ACE2的结合能力（图1），发现RaTG13 的RBD结合人ACE2，但是亲和力与SARS-CoV-2 RBD相比，降低了约100倍，在研究的其他24个物种的ACE2中，RaTG13 RBD可以结合18个物种的ACE2。值得关注的是SARS-CoV-2 RBD不结合大鼠、小鼠等物种ACE2，但是RaTG13 RBD可以，亲和力在μM级别。文中还利用 Biacore同时检测了不同抗体对新冠RBD和RaTG13 RBD亲和力的区别。

8月，杜克大学疫苗研究中心在Science上发表了“Effect of natural mutations of SARS-CoV-2 on spike structure, conformation, and antigenicity”，揭示了新冠自然突变株对刺突结构、构象和抗原性的影响。研究人员使用Biacore T200，检测了19种在循环变异中发生氨基酸突变的新冠病毒RBD，与ACE2以及不同位点抗体的亲和力动力学。

还是在8月，山东第一医科大学/山东省医学科学院，悉尼大学及中国科学院西双版纳热带植物园合作，在Cell共同发表了“Identification of novel bat coronaviruses sheds light on the evolutionary origins of SARS-CoV-2 and related viruses”，该文鉴定了24个冠状病毒全长基因组，包括4个新的SARS-CoV-2相关病毒和3个SARS-CoV相关病毒，研究人员使用Biacore 8K ，通过捕获法直接捕获293细胞分泌上清中的mFc-ACE2重组蛋白，检测了多个病毒RBD与human ACE2结合力的差异。

12月，华盛顿大学在Science上发表了题为“Molecular basis of immune evasion by the Delta and Kappa SARS-CoV-2 variants”的文章，揭示了新冠Delta和Kappa病毒突变株对中和抗体的免疫逃避机制。研究团队使用Biacore T200，通过Biotin CAPture Kit 捕获带有生物素标签的不同突变株RBD蛋白，检测其与hACE2的亲和力动力学，发现B.1.617.1（κ）和B.1.617.2（δ） RBD与ACE2的亲和力与野生型RBD大致相当，而B.1.617.2+（δ+） RBD的亲和力严重减弱，指出突变株RBD关键抗原位点的重塑是免疫逃避机制的重要原因。

02抗体设计与开发（新冠类）

图2 Biacore测定血清表位指纹图谱^[6]

图3 双特异性抗体的SPR检测^[7]

2月，德国波恩大学在Science上发表了一篇题为“Structure-guided multivalent nanobodies block SARS-CoV-2 infection and suppress mutational escape”的文章，设计出了高中和活性的多价纳米抗体，可通过结构引导阻断SARS-CoV-2感染并抑制突变逃逸。研究人员使用Biacore 8K筛选获得了四个亲和力为nM级别的纳米抗体VHH E、U、V、W，并在此基础上使用Epitope binning模块完成了表位分析，并设计获得了针对不同表位的多价纳米抗体VHH VE 和VHH EV，其中和活性是单价纳米体的100多倍。

2月，美国国立卫生研究院疫苗研究中心在Science上发表了 “Protection against SARS-CoV-2 Beta variant in mRNA-1273 vaccine–boosted nonhuman primates”，揭示了mRNA-1273疫苗加强针的免疫效果。研究团队使用Biacore 8K+，对mRNA-1273疫苗免疫后的血清中产生的中和抗体进行血清抗原表位及指纹图谱分析，并针对不同表位验证了进行疫苗加强针后血清中中和抗体反应的广度和效力都有显著提高（图2）。证明了在初始接种后，mRNA-1273疫苗加强针对新型关切突变株(VOC)都有很好的免疫保护效果。

3月，瑞士生物医学研究院Davide F. Robbiani和Luca Varani以及捷克共和国布尔诺兽医研究所Daniel Ruzek研究团队在Nature上发表文章“Bispecific IgG neutralizes SARS-CoV-2 variants and prevents escape in mice”，借助Biacore 8K确定了CoV-X2（双特异性抗体）与C121 RBD和C135 RBD复合物结合，证实了CoV-X2双臂均有功能且可以同时作用于同一RBD上的两个位点。此外还完成了Spike或RBD同CoV-X2、C121 、 C135多组亲和力动力学参数的检测（图3）。

5月，杜克大学疫苗研究所、杜克大学医学系和免疫学系等单位的Wilton B. Williams、Priyamvada Acharya和Barton F. Haynes团队在Cell上发表“Fab-dimerized glycan-reactive antibodies are a structural category of natural antibodies”，报道了多个天然Fab二聚化的具有多糖反应性的（Fab-dimerized glycan-reactive，FDG）HIV-1 Env抗体，它们有着类似2G12的I型构象，区别于普通抗体的Y型构象。但是，它们中和HIV-1不需要VH结构域的互换，本文利用Biacore T200 测定了多种FDG抗体与HIV1-Env蛋白或新冠S蛋白的亲和力，发现FDG抗体不仅能结合HIV1-Env,也能结合新冠S蛋白的S2亚基，说明FDG抗体除了识别酵母和HIV-1 Env多糖，还能识别SARS-CoV-2的刺突蛋白S2亚基。

6月，麻省理工学院Ramnik J. Xavier、加州理工学院Pamela J. Bjorkman等研究人员合作在Cell发表“B cell genomics behind cross-neutralization of SARS-CoV-2 variants and SARS-CoV”，文章将B细胞分选与单细胞VDJ和RNA测序(RNA-seq)以及单抗结构检测相结合，以表征B细胞对SARS-CoV-2的反应。作者利用Biacore T200将抗体与S蛋白孵育后，检测与ACE2的竞争性结合，发现了一些能阻碍S蛋白-ACE2结合的抗体。

8月，杜克大学医学院杜克人类疫苗研究所在Cell发表“In vitro and in vivo functions of SARS-CoV-2 infection-enhancing and neutralizing antibodies” ，该文分别利用Biacore S200完成抗体亲和力检测，用Biacore 3000完成抗体表位竞争实验（预混法）。

9月，洛克菲勒大学分子遗传学和免疫学实验室的Jeffrey V. Ravetch和Stylianos Bournazos的研究团队在Nature上发表文章“Fc-engineered antibody therapeutics with improved anti-SARS-CoV-2 efficacy”，文中借助Biacore T200检测了人IgG1和FcγRs不同突变体的多组亲和力参数并完成了其结合活性的鉴定。

总结

从入侵机制到药物开发，全球的科研工作者们奋进在攻克新冠的道路上，而每一步都有Biacore的身影。从纯化的蛋白到血清样品，从动力学/亲和力实验到抗体表位分析，Biacore始终以卓越的性能，可靠的数据，助推科研进展！