CN112945954B - 一种利用酶催化诱导适配体释放筛选酶抑制剂的高通量液晶检测平台制备方法 - Google Patents

一种利用酶催化诱导适配体释放筛选酶抑制剂的高通量液晶检测平台制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于分析检测领域，涉及一种利用酶催化诱导适配体释放筛选酶抑制剂的高通量液晶检测平台制备方法，包含以下的组分：载玻片、铜网、液晶分子、表面活性剂、适配体编码DNA、底物、底物特异性转化酶。本发明利用上述成分修饰液晶生物传感器，实现了对酶抑制剂的高效筛选，其效果优于目前现存筛选方法。本发明的检测方法灵敏度高，耗时短、制备方法简单、选择性良好、快速简易、成本低、无需使用大型仪器，对于高通量筛选酶抑制剂有良好的应用前景。

Description

一种利用酶催化诱导适配体释放筛选酶抑制剂的高通量液晶 检测平台制备方法
技术领域
本发明属于分析检测技术领域，具体涉及一种筛选酶抑制剂的液晶生物传感器及对酶抑制剂的高通量筛选。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
酶抑制剂是一种可以抑制生物体内与某种疾病有关的专一酶活性，从而获得疗效的物质。酶抑制剂特异性作用于酶的某些基团，降低酶的活性甚至使酶完全丧失活性而降低酶促反应速率的物质。目前，合成药是酶抑制剂的主要来源，将高通量筛选技术与组合化学和组合生物合成技术的结合，实现了酶抑制剂的大量筛选，是世界许多大制药公司筛选酶抑制剂新药的主要渠道。
紫外可见光谱法是目前应用最广泛的酶抑制活性的评价方法。通过特定的吸光度可以测定抑制水平。然而，许多潜在抑制剂的吸收光谱会干扰读出信号，导致结果不准确。高效液相色谱法也可以用于筛选酶抑制剂，但耗时长且成本高。因此，开发一种简单、高效、低成本、灵敏度高、准确度高的潜在酶抑制剂筛选平台是非常必要的。
液晶生物传感器是一种前沿的生物传感技术，其具有构造简单、成本低、能耗低、无需标记、样品用量少、灵敏度高等优点，在生命科学、临床医学和食品安全领域展现了广阔的应用前景，逐渐引起国内外研究者的广泛关注。液晶生物传感器在小分子物质如葡萄糖、蛋白质、核酸等生物分子检测中的应用愈加广泛，具有广阔的市场化前景。液晶界面的外部刺激会引起液晶取向的变化，这些变化可以被放大并转换成特定的光学信号输出，利用这种变化可以传导信息，从而构建液晶生物传感器。适配体是一种寡核苷酸，在被其靶标识别后可以折叠成特定的构象结构。适配体因其成本低、生产方便、与靶标结合特异性强等优点，在各领域检测技术中得到了广泛的应用。
发明人发现：目前尚无一种简易平台能够对酶抑制剂进行快速、有效筛选，限制了该方向研究的发展。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用酶催化诱导适配体释放筛选酶抑制剂的高通量液晶检测平台的制备方法，通过分析带有液晶分子的铜网的光学信号对酶抑制剂进行高效筛选。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面，提供了一种利用酶催化诱导适配体释放筛选酶抑制剂的高通量液晶检测平台，包括：液晶分子、铜网、表面活性剂、小分子底物、底物适配体、底物转化特异性酶、载体；
所述载体负载有铜网；
所述铜网上依次附着有液晶分子和表面活性剂的混合物、待测制药物与底物转化特异性酶、小分子底物、适配体DNA的混合物；
其中，所述小分子底物与适配体DNA特异性结合；
底物转化特异性酶诱导适配体-特异性底物复合物的断裂。
本发明通过酶催化诱导适配体释放策略，即酶诱导适配体-特异性底物复合物的断裂来传导酶抑制剂是否有效这一信息；并结合带有液晶分子的铜网的光学信号对酶抑制剂进行高效筛选，可以对酶抑制剂进行快速、有效筛选。
本发明的第二个方面，提供了一种利用酶催化诱导适配体释放筛选酶抑制剂的高通量液晶检测平台的制备方法，包括：
将载体进行预处理；
在预处理的载体上负载铜网；
将表面活性剂与液晶混合形成混合物，并转移至所述铜网上；
将待测抑制剂药物与底物转化特异性酶混合，孵育，再加入底物，孵育后，加入适配体DNA孵育，即得待测物溶液；
将所述待测物溶液滴加到铜网上，即得。
本发明利用适配体DNA结合液晶分子，实现了样品用量少、灵敏度高、无需使用大型仪器的快速微量检测。
本发明的第三个方面，提供了一种利用酶催化诱导适配体释放筛选酶抑制剂的高通量液晶检测平台筛选抑制剂的方法，包括：
将载体进行预处理；
在预处理的载体上负载铜网；
将表面活性剂与液晶混合形成混合物，并转移至所述铜网上；
将待测抑制剂药物与底物转化特异性酶混合，孵育，再加入底物，孵育后，加入适配体DNA孵育，即得待测物溶液；
将所述待测物溶液滴加到铜网上，并用偏光显微镜观察其形貌。
本发明采用铜网法观测液晶分子的光学形态，观测集中效果好、操作简便、成本低、实用性强、易于推广。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明利用适配体DNA结合液晶分子，实现了样品用量少、灵敏度高、无需使用大型仪器的快速微量检测。
(2)本发明通过适配体DNA、小分子底物、底物转化特异性酶、酶抑制剂四者之间的特异性结合，创建了选择性良好、快速简易、成本低的生物传感器。
(3)本发明采用铜网法观测液晶分子的光学形态，观测集中效果好、操作简便、成本低、实用性强、易于推广。
(4)本发明采用铜网法能够实现药物的高通量筛选，在实施例中获得了三个有效黄嘌呤酶抑制剂。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为筛选酶抑制剂的原理示意图；
图2为药物高通量筛选平台示意图；
图3为实验方法可行性结果照片；
图4为实施例1的检测结果照片；
图5为实施例2中所筛选获得的黄嘌呤酶抑制剂有效分子结构式；
图6为实施例2中检测结果照片。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
术语说明：
DMOAP：N,N-二甲基-N-[3-(三甲氧硅)丙基]氯化十八烷基铵，CAS:27668-52-6；
OTAB：十八烷基三甲基溴化铵；CAS：1120-02-1
Br：亮面积覆盖率
室温：具有本领域技术人员公知的含义，一般是指25±2℃。
本发明的第一个方面，创建了一种通过酶催化诱导适配体释放而筛选酶抑制剂的高通量液晶生物传感器。本发明通过酶催化诱导适配体释放策略，即酶诱导适配体-特异性底物复合物的断裂来传导酶抑制剂是否有效这一信息。
本发明中，上述传感器包括以下组分：液晶分子、铜网、表面活性剂、小分子底物、底物适配体、底物转化特异性酶、载玻片。
本发明利用底物适配体DNA修饰液晶生物传感器，实现了样品用量少、灵敏度高、无需使用大型仪器的快速微量检测。
本发明通过适配体DNA、小分子底物、底物转化特异性酶、酶抑制剂四者之间的特异性结合，开发了选择性良好、快速简易、成本低的生物传感器，对于高通量筛选酶抑制剂有好的应用前景。
本发明传感器原理示意图如图1所示；药物高通量筛选平台示意图如图2所示。
本发明的第二个方面，提供了一种通过酶催化诱导适配体释放而筛选酶抑制剂的高通量液晶生物传感器的制备方法，包括：
玻璃基底的预处理；
将液晶分子加入到含表面活性剂(OTAB)的氯仿溶液里，之后用氮气去除氯仿，得到液晶与OTAB的混合物，滴加到铜网表面；
将待测抑制药物与底物转化特异性酶、小分子底物、适配体DNA先后混合，滴加在上述铜网上，即得。
本发明采用铜网法观察液晶的光学现象，灵敏度高，耗时短、制备方法简单。
本发明的第三个方面，提供了一种利用上述的液晶生物传感器高通量筛选酶抑制剂的方法，包括：
将待测抑制药物先后与底物转化特异性酶、小分子底物、适配体DNA的混合物结合，添加在带有液晶分子的铜网上，用偏光显微镜观测光学信号。
当最后的铜网呈现的图像越暗，即Br(Brightratio)值越低，抑制活性越高。
本发明的第四个方面，利用上述筛选酶抑制药物的方法，筛选出三种黄嘌呤氧化酶有效抑制剂，具有潜在的痛风治疗前景，详情见实施例2。
本发明提供了一种利用上述的液晶生物传感器筛选酶抑制剂的方法，除可进行对酶抑制剂进行筛选，可推广到各种酶活性检测。
一种利用上述的液晶生物传感器筛选酶抑制剂的方法，除可进行对酶抑制剂进行筛选，可推广到各种酶特异性底物筛选。
一种利用上述的生物传感器筛选黄嘌呤氧化酶抑制剂的方法，即酶诱导适配体-特异性底物复合物的断裂来传导酶抑制剂是否有效这一方法，信号输出方式包括但不局限于电化学方法、荧光检测、磁学检测、比色法等。
所筛选获得的黄嘌呤氧化酶有效抑制剂的分子，结构式如下：
Figure GDA0002989770680000071
本发明的技术方案如下：
一种通过酶催化诱导适配体释放而筛选酶抑制剂的高通量液晶生物传感器，所提到的生物传感器是使用铜网法观测的液晶分子，以及由适配体DNA、小分子底物、底物转化特异性酶修饰的液晶生物传感器界面。
上述高通量筛选酶抑制剂的液晶生物传感器的制备方法，步骤如下：
(1)将玻璃片在75℃下浸泡在洗液中30min，然后用大量的超纯水、乙醇、甲醇清洗，用氮气吹干后在120℃的烘箱中干燥10～20h。室温下，将玻璃片泡在体积分数为1％的DMOAP中20min，之后用超纯水清洗，用氮气吹干，即可得到玻璃基底。
(2)移取数个铜网到(1)所得的玻璃基底上。
(3)配置一定浓度的OTAB溶液，并将其溶于氯仿中。
(4)移取一定浓度的5CB溶液，与(3)所得溶液混合，涡旋30s。
(5)加热(4)所得混合物至35℃，取1μL左右移至(2)的铜网上。
(6)将待测抑制剂药物与氧化酶预先混合，并孵育30min；
(7)将(6)中混合物与底物孵育30min，后与适配体DNA孵育60min，即得待测物溶液。
(8)移取所得待测物的混合液40μL滴加到(5)的铜网上，并用偏光显微镜观察其形貌。
本发明中处理玻璃基底的疏水性材料不做特殊的限制性规定，可用DMOAP、PDMS、PV、PC。
本发明中所使用的液晶不做特殊的限制性规定，可用5CB、E7。
本发明中所使用的表面活性剂除OTAB还可以采用CTAB、SDS、SMP等。
根据本发明优选的，(1)中所用洗液是将质量浓度98％的浓硫酸和质量浓度30％的双氧水按7:3的比例混合后配制而成的。
根据本发明优选的，(3)中的OTAB溶液的最佳适用浓度为80～120μM。
本发明所使用的缓冲溶液不做限制性规定，在实例中，缓冲溶液可以为PBS、Tris-HCl、TBS或HEPES缓冲溶液，pH范围为7.0～8.0。
根据本发明优选的，(3)中溶解OTAB的缓冲溶液pH为7.2～7.4。
本发明中，(5)中的液晶分子在室温下呈现液晶状态，即在非加热状态下也可具备对待测物检测的条件，由此更有利应用于对酶抑制剂的检测。
根据本发明优选的，(6)(7)中的混合液是在pH＝8.0，100mM NaCl的缓冲溶液中进行的。
本发明中的适配体DNA可以根据待测物的选择不同的DNA。
根据本发明优选的，适配体DNA的适用浓度为1-20μM。
上述一种利用液晶生物传感器高通量筛选黄嘌呤氧化酶抑制剂的方法，包括步骤如下：
S1、液晶传感器的制备：将液晶分子与表面活性剂OTAB混合、涡旋；移至在玻璃基底的铜网上，制得液晶生物传感器。
S2、适配体DNA的浓度筛选：将不同浓度的适配体DNA添加到液晶分子表面，在偏光显微镜下观察其形貌。根据光学信号所展示的图像测量其Br值，Br值最高时即全亮时的浓度值为最佳适用浓度。
S3、小分子底物的浓度筛选：将底物适配体与不同浓度的黄嘌呤溶液孵育后，滴加到上述液晶分子的表面，在偏光显微镜下观察其形貌。根据光学信号所展示的图像测量其Br值，Br值最低时的浓度值为最佳适用浓度。
S4、黄嘌呤氧化酶的浓度筛选：将不同浓度待测酶与底物预先混合孵育30min，再与适配体DNA共孵育30min。将混合物滴加在上述液晶分子的表面，在偏光显微镜下观察其形貌。根据光学信号所展示的图像测量其Br值，Br值最高时的浓度值为最佳适用浓度。
S5、对待测物的种类筛选：将待测氧化酶抑制剂先后与氧化酶、底物、适配体DNA孵育，将制得的混合物移取40μL至液晶传感器上，使用偏光显微镜进行观察。根据光学信号所展示的图像测量其Br值，Br值越低，抑制活性效果越好。
本发明对所提方法的特异性、可行性进行检测，即检测除底物酶外，各类酶与抑制剂的影响。在相同条件下，其他酶的液晶图像保持黑暗。光学图像的Br值如图3所示
根据本发明优选的，S1中的玻璃基底采用以下方法制备：
a.将玻璃片在75℃下浸泡在洗液中30min，然后用大量的超纯水、甲醇、乙醇清洗，用氮气吹干后在120℃的烘箱中干燥10～20h。
b.室温下，将玻璃片泡在体积分数为1％的DMOAP中20min，之后用超纯水清洗，用氮气吹干，即可得到玻璃基底。
本发明中，步骤a中的玻璃基底为载玻片。
根据本发明优选的，上述玻璃基底的洗液是将质量浓度98％的浓硫酸和质量浓度30％的双氧水按7:3的比例混合后配制而成的。
根据本发明优选的，步骤S1中的OTAB溶液浓度在80～120μM左右。
根据本发明优选的，步骤S1中溶解OTAB的缓冲溶液PBS的pH为7.2～7.4。
本发明使用但不限于使用偏光显微镜对形貌进行观察。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
以下实例中，若无特殊说明，所用产品均为普通市售产品。
实施例中玻璃基底的洗液是将质量浓度98％的浓硫酸和质量浓度30％的双氧水按7:3的比例混合后配制而成的。
实施例中的液晶，选购自安耐吉化学技术(上海)有限公司。
以下实施例中，铜网规格：75孔，孔间距340μm，网格间条纹55μm，网格宽285μm。
实施例1：
利用酶催化诱导适配体释放筛选黄嘌呤酶抑制剂的高通量液晶检测平台检测非布斯坦的酶抑制效率
所用液晶传感器采用如下方法制备：
a、将玻璃片在75℃下浸泡在洗液中30min，然后用大量的超纯水、甲醇、乙醇清洗，用氮气吹干后在120℃的烘箱中干燥10～20h。
b、室温下，将玻璃片泡在体积分数为1％的DMOAP中20min，之后用超纯水清洗，用氮气吹干，即可得到玻璃基底。
移取数个铜网到所得的玻璃基底上。
将OTAB其溶于氯仿中，配置成浓度为1mMOTAB的氯仿溶液。
c、将10μL5CB分子与90μL 1mM的OTAB溶液混合、涡旋30s，获得混合物中OTAB终浓度为100μM，然后在75℃烘箱中加热4h。加热(4)所得混合物至35℃，取1μL左右移至在玻璃基底的铜网上，得到液晶传感器。
上述传感器对非布索坦对黄嘌呤氧化酶抑制效率实例如下：
(1)将不同浓度非布索坦(0-6μM)与1μg/mL黄嘌呤氧化酶预先混合，所使用的缓冲溶液条件为10mM Tris-HCl(pH8.0，100mM NaCl)，并于25℃孵育30min。
(2)将(1)混合物与黄嘌呤孵育30min。
(3)将(2)混合物与黄嘌呤适配体DNA，DNA终浓度为5μM，于25℃孵育60min。所使用的缓冲溶液为10mM Tris-HCl(pH8.0，100mM NaCl)。
(4)将制得的混合物移取40μL至液晶传感器上，使用偏光显微镜进行观察，结果如图4所示。所得Br值及对黄嘌呤酶的抑制效率如图4所示。
根据本发明优选的，所述黄嘌呤的适配体编码DNA的核苷酸序列为
5′-AGCTTATTCAATTACACGACGCTCTTCCGATCTAGATTGC-3′
实施例2：合成多种黄嘌呤酶抑制剂并使用酶催化诱导适配体释放筛选黄嘌呤酶抑制剂的高通量液晶检测平台筛选有效药物
液晶传感器的制备与实施例1相同
S1、将待检测的化合物与黄嘌呤氧化酶预先混合，并孵育30min；之后与黄嘌呤共孵育30min，再与黄嘌呤适配体DNA孵育60min。
S2、将制得的混合物移取40μL至液晶传感器上，使用偏光显微镜进行观察。
所合成黄嘌呤酶抑制药物皆为苯三唑类化合物及其衍生物，通过上述液晶检测平台，可以高通量、有效地筛选出三种适用酶抑制剂药物，各结构如5图所示。
实施例3：利用酶催化诱导适配体释放筛选多巴胺酶抑制剂的高通量液晶检测平台检测司来吉兰的酶抑制效率
液晶传感器的制备与实施例1相同
a,将司来吉兰与多巴胺分解酶预先混合，并孵育30min。
b.将(1)混合物与多巴胺孵育30min。
c.将(2)混合物与多巴胺适配体DNA孵育60min。
将制得的混合物移取40μL至液晶传感器上，使用偏光显微镜进行观察。
根据本发明优选的，所述多巴胺的适配体编码DNA的核苷酸序列为
5-GTCTCTGTGTGCGCCAGAGAACACTGGGGCAGATATGGGCCAGCACAGAATGAGGCCC-3。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种利用酶催化诱导适配体释放筛选酶抑制剂的高通量液晶检测平台筛选抑制剂的方法，其特征在于，包括：
将载体进行预处理；
在预处理的载体上负载铜网；
将表面活性剂与液晶混合形成混合物，并转移至所述铜网上；
将待测抑制剂药物与底物转化特异性酶混合，孵育，再加入底物，孵育后，加入适配体DNA孵育，即得待测物溶液；
将所述待测物溶液滴加到铜网上，并用偏光显微镜观察其形貌；
所述的筛选获得的黄嘌呤氧化酶有效抑制剂的分子，其特征在于，结构式如下：
Figure FDA0003618844820000011
2.如权利要求1所述的一种利用酶催化诱导适配体释放筛选酶抑制剂的高通量液晶检测平台筛选抑制剂的方法，其特征在于，一种利用酶催化诱导适配体释放筛选酶抑制剂的高通量液晶检测平台的制备方法，包括：
将载体进行预处理；
在预处理的载体上负载铜网；
将表面活性剂与液晶混合形成混合物，并转移至所述铜网上；
将待测抑制剂药物与底物转化特异性酶混合，孵育，再加入底物，孵育后，加入适配体DNA孵育，即得待测物溶液；
将所述待测物溶液滴加到铜网上，即得。
3.如权利要求1所述的一种利用酶催化诱导适配体释放筛选酶抑制剂的高通量液晶检测平台筛选抑制剂的方法，其特征在于，一种利用酶催化诱导适配体释放筛选酶抑制剂的高通量液晶检测平台，包括：液晶分子、铜网、表面活性剂、小分子底物、底物适配体、底物转化特异性酶、载体；
所述载体负载有铜网；
所述铜网上依次附着有液晶分子和表面活性剂的混合物、待测制药物与底物转化特异性酶、小分子底物、适配体DNA的混合物；
其中，所述小分子底物与适配体DNA特异性结合；
底物转化特异性酶诱导适配体-特异性底物复合物的断裂。
4.如权利要求3所述的一种利用酶催化诱导适配体释放筛选酶抑制剂的高通量液晶检测平台筛选抑制剂的方法，其特征在于，所述载体为硅烷化处理后的载玻片。
5.如权利要求3所述的一种利用酶催化诱导适配体释放筛选酶抑制剂的高通量液晶检测平台筛选抑制剂的方法，其特征在于，所述待测制药物为非布索坦、苯三唑类化合物及其衍生物、司来吉兰中至少一种。
6.如权利要求3所述的一种利用酶催化诱导适配体释放筛选酶抑制剂的高通量液晶检测平台筛选抑制剂的方法，其特征在于，所述小分子底物为黄嘌呤，黄嘌呤的适配体编码DNA的核苷酸序列为：
5′-AGCTTATTCAATTACACGACGCTCTTCCGATCTAGATTGC-3′；
或，所述小分子底物为多巴胺，所述多巴胺的适配体编码DNA的核苷酸序列为：
5-GTCTCTGTGTGCGCCAGAGAACACTGGGGCAGATATGGGCCAGCACAGAATGAGGCCC-3。
7.如权利要求3所述的一种利用酶催化诱导适配体释放筛选酶抑制剂的高通量液晶检测平台筛选抑制剂的方法，其特征在于，所述液晶为5CB或E7。
8.如权利要求3所述的一种利用酶催化诱导适配体释放筛选酶抑制剂的高通量液晶检测平台筛选抑制剂的方法，其特征在于，所述表面活性剂为OTAB、CTAB、SDS、SMP中的至少一种。
9.如权利要求3所述的一种利用酶催化诱导适配体释放筛选酶抑制剂的高通量液晶检测平台筛选抑制剂的方法，其特征在于，所述表面活性剂溶液的最佳适用浓度为80～120μM。
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