タンパク質検出のための免疫グロブリンGベースの立体障害アッセイ

グローバルなヘルスケア業界向けの迅速で正確でシンプルなポイントオブケアシステムの差し迫ったニーズにより、電気化学的バイオセンサーは、その費用対効果と単純な計装により広く開発されてきました。ただし、ヒトの生物学的サンプルにおけるタンパク質の直接分析のための典型的な電気化学バイオセンサーは、複雑なバイオセンサーの製造、一般的な方法の欠如、限られた感度、およびマトリックスに起因するバイオフィーリング効果に依然として悩まされています。これらの課題を解決するために、抗体表面層に対する設計された立体障害効果に基づいて、一般的な電気化学センシング戦略を開発しました。この戦略は、タンパク質Gと免疫グロブリンG（FCおよびFAB領域）の相互作用パターンを利用し、ターゲットキャプチャプロセス中に立体障害効果を提供します。提供された立体障害の効果は、マトリックス効果が原因で耐性のあるファウリング表面を最小限に抑え、電子移動の経路を変化させ、複雑なマトリックスでのタンパク質の低燃焼および高感度検出を実現します。また、酵素ベースのホースラディッシュペルオキシダーゼ/ハイドロキノン/H2O2変換システムもシステムに適用でき、一般的な電気化学センシングアプリケーションのこのセンシング戦略の汎用性を実証します。このプラットフォームは、10分以内にサブピコモル検出限界を備えたタウタンパク質およびプログラミングデスリガンド1の検出を通じて実証し、迅速なターンアラウンド時間と超感受性のための臨床ポイントオブケア要件を満たしました。

With the imminent needs of rapid, accurate, simple point-of-care systems for global healthcare industry, electrochemical biosensors have been widely developed owing to their cost-effectiveness and simple instrumentation. However, typical electrochemical biosensors for direct analysis of proteins in the human biological sample still suffer from complex biosensor fabrication, lack of general method, limited sensitivity, and matrix-caused biofouling effect. To resolve these challenges, we developed a general electrochemical sensing strategy based on a designed steric hindrance effect on an antibody surface layer. This strategy utilizes the interaction pattern of protein-G and immunoglobulin G (Fc and Fab regions), providing a steric hindrance effect during the target capturing process. The provided steric hindrance effect minimizes the matrix effect-caused fouling surface and altered the path of electron transfer, delivering a low-fouling and high-sensitivity detection of protein in complex matrices. Also, an enzyme-based horseradish peroxidase/hydroquinone/H2O2 transduction system can also be applied to the system, demonstrating the versatility of this sensing strategy for general electrochemical sensing applications. We demonstrated this platform through the detection of Tau protein and programming death ligand 1 with a subpico molar detection limit within 10 min, satisfying the clinical point-of-care requirements for rapid turnaround time and ultrasensitivity.