基于金纳米颗粒的人工抗体作为免疫检测中抗体的稳定替代品

作者及机构
本研究的通讯作者为Shanghai University的Haifang Wang和Aoneng Cao，第一作者为Qiangqiang Zhang与Jingjing Dai。研究团队来自上海大学纳米化学与纳米生物学研究所。该成果发表于期刊*Small*，具体发表日期为2025年。

学术背景
研究领域为纳米生物技术与免疫检测技术。传统夹心酶联免疫吸附试验（sandwich ELISA）依赖单克隆抗体的高敏感性与特异性，但抗体的固有稳定性问题限制了其应用。为解决这一问题，研究团队此前开发了“金纳米颗粒人工抗体”（goldbody），通过“金化”（goldization）技术将抗体片段重构于金纳米颗粒（AuNPs）表面，使其保留结合特异性并显著提升稳定性。然而，设计可同时结合同一抗原且无空间冲突的匹配goldbody对仍具挑战性。本研究以表皮生长因子受体（EGFR）为靶标，设计新型抗EGFR goldbody（EGFR-GB2），与已开发的EGFR-GB1组成匹配对，建立全goldbody夹心ELISA体系。

研究流程
1. EGFR-GB2的设计与合成
- 设计依据：选择EGFR二聚化臂（dimerization arm）片段（DA肽），该片段位于EGFR胞外区结构域II，参与受体二聚化。通过“金化”技术将DA肽固定于3.6 nm AuNPs表面，形成EGFR-GB2。
- 合成验证：透射电镜（TEM）显示AuNPs及goldbody的形态均一；表面等离子共振（SPR）证实最佳DA肽密度为10肽/颗粒（结合信号最强），且EGFR-GB2对EGFR的结合特异性高于非靶蛋白（BSA、IgG）。圆二色谱（CD）显示DA肽在AuNPs上恢复β-折叠构象，而游离肽呈无规卷曲。

1. 细胞水平功能验证

   • 实验对象：EGFR高表达细胞（MDA-MB-468和HeLa）。
     
   • 结果：
     
     • EGFR-GB2显著抑制细胞增殖（MDA-MB-468的IC50为20 nM），且与EGF联用呈现协同抑制。
       
     • 划痕实验显示EGFR-GB2延缓细胞迁移（HeLa细胞愈合率从20.2%降至13.0%）。
       
     • 流式细胞术证实EGFR-GB2诱导细胞凋亡（HeLa细胞凋亡率从8.9%升至14.3%）。
       
   • 机制：EGFR-GB2通过结合EGFR二聚化臂阻断受体二聚化，而EGFR-GB1竞争性抑制EGF结合，二者作用位点空间分离。
     

2. 夹心ELISA开发与优化

   • 匹配对设计：EGFR-GB1（捕获抗体）结合EGFR结构域III，EGFR-GB2（检测抗体）结合结构域II，无空间冲突。
     
   • 检测体系优化：
     
     • 检测抗体（14 nm AuNPs）负载100 DA肽和4 HRP（辣根过氧化物酶），信号最强。
       
     • 捕获抗体（3.6 nm AuNPs）最佳包被条件为pH 11.8、70 nM浓度。
       
   • 性能测试：标准曲线检测限15.84 ng/mL，线性范围25–400 ng/mL；100°C预处理1小时后仍保持活性，优于传统抗体（如西妥昔单抗完全失活）。
     

主要结果
1. 构象工程成功：SPR与CD数据证实DA肽在AuNPs上恢复天然构象，结合EGFR的KD达3.3×10−11 M。
2. 细胞功能调控：EGFR-GB2通过阻断二聚化抑制EGFR信号通路，与EGFR-GB1机制互补。
3. 检测体系稳定性：全goldbody ELISA耐受高温预处理，回收率93%–111%，批间变异<10%。

结论与价值
1. 科学价值：首次实现基于全人工抗体的夹心ELISA，验证“金化”技术可推广至非抗体片段（如EGFR二聚化臂），拓展了构象工程（CE）的应用范围。
2. 应用价值：goldbody的卓越稳定性可延长试剂保质期，尤其适用于高温环境或资源有限地区；其模块化设计便于功能扩展（如CRISPR信号放大）。

研究亮点
1. 创新方法：开发“二聚化臂重构”策略，设计空间互补的goldbody对。
2. 跨学科技术：结合纳米技术（AuNPs合成）、生物物理学（SPR/CD）与细胞生物学（功能验证）。
3. 稳定性突破：ELISA试剂耐受100°C处理，较传统抗体显著提升。

其他发现
- 可扩展性：研究团队此前已证明goldbody可针对不同抗原（如SARS-CoV-2），本研究进一步验证其通用性。
- 临床潜力：EGFR-GB2的细胞抑制作用提示其或可开发为靶向抗癌药物。