CN117580584A - 用于富集特定蛋白质子集的肽修饰纳米颗粒 - Google Patents

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CN117580584A CN202280046588.7A CN202280046588A CN117580584A CN 117580584 A CN117580584 A CN 117580584A CN 202280046588 A CN202280046588 A CN 202280046588A CN 117580584 A CN117580584 A CN 117580584A
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丹尼尔·霍恩博格
克雷格·斯托拉尔奇克
李怡娜
夏宏伟
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    • G01N33/6842—Proteomic analysis of subsets of protein mixtures with reduced complexity, e.g. membrane proteins, phosphoproteins, organelle proteins

Abstract

本公开提供了用于富集复杂生物样品的子集的一系列组合物和方法。本公开的各方面提供了肽官能化颗粒，其包含针对来自复杂生物样品的生物分子子集的亲和力。本公开还提供了用于利用官能化颗粒来分级分离和分析复杂生物样品的方法。

Description

用于富集特定蛋白质子集的肽修饰纳米颗粒
交叉引用
本申请要求于2021年4月29日提交的美国临时专利申请号63/181,765的权益，所述临时专利申请出于所有目的以引用的方式全文并入本文。
背景技术
蛋白质组学分析受到生物系统的宽蛋白质浓度范围的挑战。许多生物体包含浓度在大于十个量级的范围内的蛋白质，这使得许多目前的蛋白质组学方法在没有事先富集步骤的情况下无法直接检测低丰度蛋白质。虽然多种富集方法实现了从样品中的单一蛋白质收集，但此类方法对更宽泛的蛋白质组学变异和更广泛表达模式的潜在联合影响的复杂性视而不见。
发明内容
蛋白质组学谱分析方法常常面对谱分析深度与分辨率之间的权衡。对于许多分析方法(例如，质谱蛋白质检测)，在宽动态范围内分析蛋白质可能限制辨别相似蛋白质或准确解析蛋白质丰度的能力。因此，收集数百或数千种蛋白质的富集方法对于鉴定相似样品之间细微差异可能并不总是最佳的。相反，高度靶向的富集方法(诸如组织学方法)常常包括漏掉靶向亚群体之外的变异的限制性结合特异性。本文认识到需要包括广度和可定制靶标特异性两者的选择性蛋白质富集和分析方法。
在一些方面中，本公开提供了一种系统，其包括表面；偶联至所述表面的肽，其中所述肽包含结合位点；以及在所述结合位点处与所述肽结合的至少三种不同的蛋白质。
在一些实施方案中，所述肽包含合成序列。
在一些实施方案中，所述肽包含一个或多个非天然氨基酸。
在一些实施方案中，所述肽包含一个或多个天然氨基酸。
在一些实施方案中，所述至少三种不同的蛋白质包括至少4、5、6、7、8、9或10种不同的蛋白质。
在一些实施方案中，所述至少三种不同的蛋白质包括至多3、4、5、6、7、8、9、10、100或1000种不同的蛋白质。
在一些实施方案中，所述至少三种不同的蛋白质与所述肽的单一实例(singleinstance)结合。
在一些实施方案中，所述至少三种不同的蛋白质单独地与所述肽的不同实例(different instances)结合。
在一些实施方案中，所述肽包括被配置为结合所述至少三种不同蛋白质中的不同生物分子的给定肽的变体。
在一些实施方案中，所述结合位点包含所述肽的至少一部分。
在一些实施方案中，所述结合位点包含所述肽的全部。
在一些实施方案中，所述肽包含所述给定肽的给定结合位点的一部分。
在一些实施方案中，所述肽包含所述给定肽的突变，使得所述肽包含所述给定肽的所述给定结合位点的修饰形式。
在一些实施方案中，所述修饰形式包含不同于所述给定肽的所述给定结合位点的几何结构。
在一些实施方案中，所述修饰形式的所述结合位点包含所述给定肽的所述结合位点的不同振动模式，如通过IR光谱或拉曼光谱测量的。
在一些实施方案中，所述肽包含小于所述给定肽的给定结合位点的特异性。
在一些实施方案中，如在包含ITC缓冲液的水性溶液中测量的，所述肽与所述至少三种不同的蛋白质中的第一蛋白质之间结合的第一自由能基本上等同于所述肽与所述至少三种不同的蛋白质中的第二蛋白质之间结合的第二自由能。
在一些实施方案中，如在包含所述ITC缓冲液的所述水性溶液中测量的，所述肽与所述至少三种不同的蛋白质中的所述第一蛋白质之间结合的所述第一自由能基本上等同于所述肽与所述至少三种不同的蛋白质中的第三蛋白质之间结合的第三自由能。
在一些实施方案中，如在包含ITC缓冲液的水性溶液中测量的，所述肽与所述至少三种不同的蛋白质中的第一蛋白质之间结合的第一平衡常数基本上等同于所述肽与所述至少三种不同的蛋白质中的第二蛋白质之间结合的第二平衡常数。
在一些实施方案中，如在包含ITC缓冲液的水性溶液中测量的，所述肽与所述至少三种不同的蛋白质中的所述第一蛋白质之间结合的所述第一平衡常数基本上等同于所述肽与所述至少三种不同的蛋白质中的第三蛋白质之间结合的第三平衡常数。
在一些实施方案中，所述至少三种不同的蛋白质包括至少4、5、6、7、8、9或10种不同的蛋白质。
在一些实施方案中，所述至少三种不同的蛋白质包括至少20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000或10000种不同的蛋白质。
在一些实施方案中，所述至少三种不同的蛋白质包括至多10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000或10000种不同的蛋白质。
在一些实施方案中，与所述肽结合的所述至少三种不同的蛋白质中的第一蛋白质的第一量和与所述肽结合的所述至少三种不同的蛋白质中的第二蛋白质的第二量在彼此的1个量级内。
在一些实施方案中，与所述肽结合的所述至少三种不同的蛋白质中的所述第一蛋白质的所述第一量和与所述肽结合的所述至少三种不同的蛋白质中的第三蛋白质的第三量在彼此的1个量级内。
在一些实施方案中，所述第一量和所述第二量在彼此的2、3、4或5个量级内。
在一些实施方案中，所述第一量和所述第三量在彼此的2、3、4或5个量级内。
在一些实施方案中，所述第一量和所述第二量是用质谱测量的强度。
在一些实施方案中，所述第一量和所述第三量是用质谱测量的强度。
在一些实施方案中，可以在使所述表面与水、缓冲液或包含共溶剂的水性溶液接触时测量所述第一量和所述第二量。
在一些实施方案中，可以在所述表面具有在15与25摄氏度之间的温度时测量所述第一量和所述第二量。
在一些实施方案中，所述肽以至少约1个肽/5纳米、1个肽/50平方纳米或1个肽/500纳米的密度偶联至所述表面。
在一些实施方案中，所述肽包含至少20个氨基酸。
在一些实施方案中，所述肽包含多个模块单元。
在一些实施方案中，所述肽包含至少2、5或10个氨基酸。
在一些实施方案中，所述肽包含至少30、40、50、60、70、80、90或100个氨基酸。
在一些实施方案中，所述肽包含至多30、40、50、60、70、80、90或100个氨基酸。
在一些实施方案中，所述肽包含基本线性的结构域。
在一些实施方案中，所述基本线性的结构域可以包含α-螺旋构象。
在一些实施方案中，所述表面还包含与其偶联的多种肽，其中所述多种肽中的每种肽被配置为结合至少三种不同的蛋白质。
在一些实施方案中，所述多种肽中的第一肽被配置为结合第一蛋白质集合，并且所述多种肽中的第二肽被配置为结合第二蛋白质集合，其中所述第一集合和所述第二集合是不同的。
在一些实施方案中，所述至少三种不同的蛋白质包含相同表位。
在一些实施方案中，所述至少三种不同的蛋白质包括至少部分地由外显子的相同基因座表达的至少两种蛋白质形式。
在一些实施方案中，所述至少三种不同的蛋白质包括至少部分地由外显子的相同基因座表达的至少3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90或100种蛋白质形式。
在一些实施方案中，所述系统还包括沉积在所述表面上的多种生物分子，其中所述多种生物分子包含所述至少三种不同的蛋白质。
在一些实施方案中，所述多种生物分子包含至少约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000或10000种未与所述肽特异性结合的蛋白质。
在一些实施方案中，所述多种生物分子包含至少约5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20的动态范围。
在一些实施方案中，所述表面提供在溶液中，每μL所述溶液具有以所述表面的表面积计的至少约0.05、0.1、0.2、0.3、0.4或0.5cm2。
在一些实施方案中，所述表面提供在所述溶液中，每μL所述溶液具有以所述表面的表面积计的至多约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5或1.0。
在一些实施方案中，所述表面提供在溶液中，每μL所述溶液具有以构成所述表面的物质的质量计的至少约1、2、3、4、5或10μg。
在一些实施方案中，所述表面提供在所述溶液中，每μL所述溶液具有以构成所述表面的所述物质的质量计的至多约2、3、4、5或20μg。
在一些实施方案中，所述表面提供在溶液中，每mg所述溶液具有以构成所述表面的物质的质量计的至少约1、2、3、4、5或10μg。
在一些实施方案中，所述表面提供在所述溶液中，每mg所述溶液具有以构成所述表面的所述物质的质量计的至多约2、3、4、5或20μg。
在一些实施方案中，所述系统还包括溶剂。
在一些实施方案中，所述溶剂包含一种或多种离子。
在一些实施方案中，包含所述一种或多种离子的所述溶剂降低非极性分子的溶解度。
在一些实施方案中，包含所述一种或多种离子的所述溶剂增加非极性分子的溶解度。
在一些实施方案中，所述一种或多种离子选自：F-、SO4 2-、HPO4 2-、C2H3O2 -、Cl-、Br-、NO3 -、ClO3 -、I-、ClO4 -、SCN-、NH4 +、K+、Na+、Li+、Mg2+、Ca2+、胍鎓(guanidium)或其任何组合。
在一些实施方案中，所述一种或多种离子对所述至少三种蛋白质中的一种或多种生物分子具有霍夫迈斯特效应(Hofmeister effect)。
在一些实施方案中，所述表面设置在多孔材料中。
在一些实施方案中，所述表面设置在颗粒上。
在一些实施方案中，所述颗粒包含顺磁性材料。
在一些实施方案中，所述颗粒包括包含所述顺磁性材料的芯。
在一些实施方案中，所述顺磁性材料包括氧化铁。
在一些实施方案中，所述颗粒包括纳米颗粒或微米颗粒。
在一些实施方案中，所述颗粒形成包含多种生物分子的生物分子冠。
在一些实施方案中，所述多种生物分子吸附在所述表面上。
在一些实施方案中，所述多种生物分子与所述表面非特异性地结合。
在一些实施方案中，所述多种生物分子捕获在所述表面上，使得溶液中所述多种生物分子中的至少两种生物分子之间的丰度比相对于捕获在所述表面上的所述多种生物分子中的所述至少两种生物分子变化。
在一些实施方案中，所述多种生物分子在下游测定中的可视性增加。
在一些实施方案中，所述多种生物分子中生物分子的所述可视性是用质谱测量的强度。
在一些实施方案中，所述多种生物分子中生物分子的所述可视性是用核酸定量测量的量。
在一些实施方案中，所述多种生物分子在捕获在所述表面上时在组成方面得以改善，使得所述多种生物分子对于在下游测定中的鉴定得以改善。
在一些实施方案中，所述下游测定是质谱。
在一些实施方案中，所述下游测定是核酸测序。
在一些实施方案中，所述肽共价偶联至所述表面。
在一些实施方案中，所述表面包括构成所述表面的二氧化硅层。
在一些实施方案中，所述二氧化硅层包含接头，所述接头将所述肽共价偶联至所述表面。
在一些实施方案中，所述接头包含以下中的至少一种：硅烷化化学、PEG化化学、马来酰亚胺化学、琥珀酰亚胺酯化学、异硫氰酸酯化学、点击化学、硫醇化学、反式-4-(马来酰亚胺基甲基)环己烷羧酸-NHS(SMCC)化学、生物正交化学或其任何组合。在一些实施方案中，所述生物正交化学包括施陶丁格(Staudinger)连接。在一些实施方案中，所述生物正交化学包括叠氮化物化学。在一些实施方案中，所述生物正交化学包括通过在添加步骤和/或点击化学中添加氨基酸进行的延伸。
在一些实施方案中，所述接头在所述表面上包含至少约1个接头/1平方纳米、1个接头/3平方纳米或1个接头/30平方纳米的密度。
在一些实施方案中，在所述表面上的所述密度为至多约1个接头/平方纳米、1个接头/3平方纳米、1个接头/30平方纳米或1个接头/300平方纳米。
在一些实施方案中，所述接头从所述表面至所述肽包含至少约8、16、32、64、128、256、512、1024个共价键的长度。
在一些实施方案中，所述长度从所述表面至所述肽为至多约8、16、32、64、128、256、512、1024或2048个共价键。
在一些实施方案中，所述接头包含足以使所述肽远离所述表面延伸至少约2nm的尺寸。
在一些实施方案中，所述接头包含足以使所述肽远离所述表面延伸至少约2、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90或100nm的尺寸。
在一些实施方案中，所述接头包含足以使所述肽远离所述表面延伸至多约2、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100或200nm的尺寸。
在一些实施方案中，所述表面包含约13-35mV的表面ζ电位。
在一些实施方案中，所述表面包含幅值为至少约0.01mV的表面ζ电位。
在一些实施方案中，所述表面包含幅值为至少约0.1mV的表面ζ电位。其中所述表面包含幅值为至少约1mV的表面ζ电位。
在一些实施方案中，所述表面包含幅值为至少约10mV的表面ζ电位。
在一些实施方案中，所述表面包含幅值为至少约100mV的表面ζ电位。
在一些实施方案中，所述表面包含幅值为至少约1000mV的表面ζ电位。
在一些实施方案中，所述表面包括疏水性表面或亲水性表面。
在一些实施方案中，所述表面包含如通过XPS测量的约10％-43％的元素碳分数。
在一些实施方案中，所述表面包含如通过XPS测量的约40％-60％的元素氧分数。
在一些实施方案中，所述表面包含如通过XPS测量的约1％-4％的元素氮分数。
在一些实施方案中，所述表面包含如通过XPS测量的约0.5％-2％的元素硫组成。
在一些实施方案中，所述表面包含如通过XPS测量的约24％-31％的元素硅组成。
在一些实施方案中，所述表面包含如通过XPS测量的约0％的元素铁组成。
在一些实施方案中，将所述XPS进行到至多约5nm的深度。
在一些实施方案中，将所述XPS进行到至多约1nm的深度。
在一些实施方案中，将所述XPS进行到至多约10nm的深度。
在一些方面中，本公开提供了一种系统，其包括N数个表面，其中所述N数个表面中的第n表面包含：(a)偶联至所述第n表面的第n肽；和(b)与所述第n肽非特异性结合的第n多种不同生物分子，其中N是至少2，并且n的范围为从1至N。
在一些实施方案中，N是至少3、4、5、6、7、8、9或10。
在一些实施方案中，N是至多3、4、5、6、7、8、9或10。
在一些实施方案中，至少一种第n多种不同生物分子包括至少3、4、5、6、7、8、9或10种不同的生物分子。
在一些实施方案中，至少一种第n多种不同生物分子包括至多3、4、5、6、7、8、9或10种不同的生物分子。
在一些实施方案中，至少2、3、4、5、6、7、8、9或10种第n多种不同生物分子各自包括至少3、4、5、6、7、8、9或10种不同的生物分子。
在一些实施方案中，至少2、3、4、5、6、7、8、9或10种第n多种不同生物分子各自包括至多3、4、5、6、7、8、9或10种不同的生物分子。
在一些实施方案中，所述至少一种第n多种不同生物分子中的第一生物分子的第一量和所述至少一种第n多种不同生物分子中的第二生物分子的第二量在彼此的1个量级内。
在一些实施方案中，所述至少一种第n多种不同生物分子中的所述第一生物分子的所述第一量和所述至少一种第n多种不同生物分子中的第三生物分子的第三量在彼此的1个量级内。
在一些实施方案中，所述第一量和所述第二量在彼此的2、3、4或5个量级内。
在一些实施方案中，所述第一量和所述第三量在彼此的2、3、4或5个量级内。
在一些实施方案中，所述第一量和所述第二量是用质谱测量的强度。
在一些实施方案中，所述第一量和所述第三量是用质谱测量的强度。
在一些实施方案中，所述第一量和所述第二量用核酸定量测量。
在一些实施方案中，所述第一量和所述第三量用核酸定量测量。
在一些实施方案中，可以在使所述表面与水、缓冲液或包含共溶剂的水性溶液接触时测量所述第一量和所述第二量。
在一些实施方案中，可以在所述表面具有在15与25摄氏度之间的温度时测量所述第一量和所述第二量。
在一些实施方案中，可以在使所述表面与水、缓冲液或包含共溶剂的水性溶液接触时测量所述第一量和所述第三量。
在一些实施方案中，可以在所述表面具有在15与25摄氏度之间的温度时测量所述第一量和所述第三量。
在一些实施方案中，至少一种第n肽包括被配置为结合所述至少三种不同蛋白质中的不同生物分子的给定肽的变体。
在一些实施方案中，所述至少一种第n肽包含所述给定肽的给定结合位点的一部分。
在一些实施方案中，所述至少一种第n肽包含给定肽的突变，使得所述至少一种第n肽包含所述给定肽的所述给定结合位点的修饰形式。
在一些实施方案中，所述修饰形式包含不同于所述给定肽的所述给定结合位点的几何结构。
在一些实施方案中，所述修饰形式包含不同振动模式，如通过IR光谱或拉曼光谱测量的。
在一些实施方案中，所述至少一种第n肽包含小于所述给定肽的给定结合位点的特异性。
在一些实施方案中，所述至少一种第n肽与至少一种第n多种不同生物分子中的第一生物分子之间结合的第一自由能和所述至少一种第n肽与所述至少一种第n多种不同生物分子中的第二生物分子之间结合的第二自由能在彼此的1个量级内。
在一些实施方案中，所述至少一种第n肽与至少一种第n多种不同生物分子中的所述第一生物分子之间结合的所述第一自由能和所述至少一种第n肽与所述至少一种第n多种不同生物分子中的第三生物分子之间结合的第三自由能在彼此的1个量级内。
在一些实施方案中，所述第一自由能在所述第二自由能的200％内。
在一些实施方案中，所述第一自由能在所述第三自由能的200％内。
在一些实施方案中，如在包含ITC缓冲液的水性溶液中测量的，所述至少一种第n肽与至少一种第n多种不同生物分子中的第一生物分子之间结合的第一平衡常数基本上等同于所述至少一种第n肽与所述至少一种第n多种不同生物分子中的第二生物分子之间结合的第二平衡常数。
在一些实施方案中，如在包含ITC缓冲液的水性溶液中测量的，所述至少一种第n肽与至少一种第n多种不同生物分子中的所述第一生物分子之间结合的所述第一自由能基本上等同于所述至少一种第n肽与所述至少一种第n多种不同生物分子中的第三生物分子之间结合的第三自由能。
在一些实施方案中，所述第一平衡常数在所述第二平衡常数的200％内。
在一些实施方案中，所述第二平衡常数在所述第三平衡常数的200％内。
在一些实施方案中，所述至少一种第n肽以至少约1个肽/50平方纳米的密度偶联至所述表面。
在一些实施方案中，所述肽以至多约1个肽/5平方纳米、1个肽/50平方纳米或1个肽/500平方纳米的密度偶联至所述表面。
在一些实施方案中，所述肽以至少约1个肽/5平方纳米、1个肽/50平方纳米或1个肽/500平方纳米的密度偶联至所述表面。
在一些实施方案中，所述至少一种第n肽包含至少20个氨基酸。
在一些实施方案中，所述至少一种第n肽包含至多40个氨基酸。
在一些实施方案中，所述肽包含多个模块单元。
在一些实施方案中，所述至少一种第n肽包含基本线性的结构域。
在一些实施方案中，至少一个第n表面还包含与其偶联的多种肽，其中所述多种肽中的每种肽被配置为结合至少三种不同的蛋白质。
在一些实施方案中，所述至少一种第n多种不同生物分子中的所述至少三种不同的蛋白质包含相同表位。
在一些实施方案中，所述至少三种不同的蛋白质包括至少部分地由外显子的相同基因座表达的至少两种蛋白质形式。
在一些方面中，本公开提供了一种方法，其包括：使生物样品与表面接触以使多种生物分子与偶联至所述表面的肽结合，其中所述肽被配置为结合至少三种不同的蛋白质；将所述多种生物分子或其一部分从所述表面释放；以及至少鉴定所述多种生物分子或其所述一部分，其中所述多种生物分子或其所述一部分包括所述生物样品中所述至少三种不同的蛋白质中的一种或多种生物分子。
在一些实施方案中，所述鉴定包括对所述多种生物分子进行质谱。
在一些实施方案中，所述鉴定包括对所述多种生物分子进行核酸测序。
在一些方面中，本公开提供了一种方法，其包括：使表面与第一组合物接触，其中所述表面包含与其偶联的肽，其中所述肽被配置为特异性结合至少三种不同的靶生物分子，并且所述第一组合物包含多种生物分子，其中所述多种生物分子包括所述至少三种不同的靶生物分子中的至少一种靶生物分子，使得所述肽结合所述至少三种不同的靶生物分子中的所述至少一种靶生物分子，并且所述多种生物分子吸附在所述表面上；使所述表面与蛋白分解酶接触以释放所述至少一种靶生物分子、吸附在所述表面上的所述多种生物分子的至少子集和所述肽的至少一部分，从而产生第二组合物；对所述第二组合物进行质谱以鉴定所述至少一种靶生物分子、所述多种生物分子的所述至少子集和所述肽的所述至少一部分，从而生成对所述第一组合物的组成测量；以及从所述组成测量中去除源自所述肽的所述至少一部分的一个或多个信号，从而生成对所述第一组合物的精确组成测量。
在一些方面中，本公开通过提供具有宽且受控的蛋白质富集谱的颗粒提供了一种针对本文所公开的一些挑战的手段。在一些方面中，本公开提供了多种颗粒，其(i)从样品中收集一个或多个给定蛋白质子集，每个所述给定蛋白质子集具有限制数目的蛋白质(例如，10-500种)和/或(ii)收集更高丰度蛋白质的不重叠或基本不重叠子集，常常生成更高分辨率的蛋白质组学谱。在一些方面中，本公开提供了用于最大化蛋白质组学谱分析分辨率的一系列策略。
本公开的各个方面提供了一种组合物，其包含颗粒，所述颗粒在其表面上具有少于5种不同类型的结合分子，所述结合分子对样品中的蛋白质子集具有结合特异性，其中所述蛋白质子集包含约10-500种蛋白质。
在一些实施方案中，所述颗粒包含单一类型的结合分子。在一些实施方案中，所述颗粒包含2-5种不同类型的结合分子。在一些实施方案中，所述结合分子包括肽。在一些实施方案中，所述肽包含7与20之间个氨基酸。在一些实施方案中，所述肽包含7与15之间个氨基酸。在一些实施方案中，所述肽包含8与12之间个氨基酸。
在一些实施方案中，所述肽包含选自以下的氨基酸：丙氨酸、精氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、脯氨酸、丝氨酸、天冬酰胺、苏氨酸和缬氨酸。在一些实施方案中，所述肽不含半胱氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸中的一种或多种。在一些实施方案中，所述肽包含非蛋白原氨基酸。在一些实施方案中，所述非蛋白原氨基酸是经化学修饰的蛋白原氨基酸。在一些实施方案中，所述化学修饰包括酰化、烷基化、酰胺化、脱酰胺化、氨基甲酰化、羰基化、羧化、脱羧、瓜氨酸化、黄素化、糖基化、卤化、羟基化、亚硝基化、氧化、磷酸化、异戊二烯化、外消旋化、还原、琥珀酰化、硫酸化或其任何组合。
在一些实施方案中，所述肽包含在5与10之间的等电点(pI)。在一些实施方案中，所述颗粒包含在所述肽的0.5内的等电点。在一些实施方案中，所述肽的构象包含对pH、温度、离子强度、介电常数、粘度或其任何组合的依赖性。
在一些实施方案中，将所述肽偶联至所述颗粒的所述表面。在一些实施方案中，将所述肽直接偶联至所述颗粒的所述表面。在一些实施方案中，将所述肽的C末端偶联至所述颗粒的所述表面。在一些实施方案中，将所述肽的N末端偶联至所述颗粒的所述表面。在一些实施方案中，将所述肽的内部氨基酸偶联至所述颗粒的所述表面。在一些实施方案中，将所述肽偶联至化学接头，所述化学接头偶联至所述颗粒的所述表面。在一些实施方案中，将所述肽的C末端偶联至所述化学接头。在一些实施方案中，将所述肽的N末端偶联至所述化学接头。在一些实施方案中，将所述肽的内部氨基酸偶联至所述化学接头。在一些实施方案中，所述N末端或所述内部氨基酸包含至所述化学接头的酰胺键。在一些实施方案中，所述化学接头包含马来酰亚胺基团。
在一些实施方案中，所述颗粒包含2至5种不同类型的肽。在一些实施方案中，所述2至5种不同肽包括具有不同长度的至少两种肽。在一些实施方案中，所述2至5种不同肽具有基本相似的等电点。在一些实施方案中，所述2至5种不同肽具有至少两个不同的等电点。在一些实施方案中，所述颗粒包含特定摩尔比的所述2至5种不同肽。
在一些实施方案中，所述样品是生物样品。在一些实施方案中，所述生物样品包括全血、血浆、血沉棕黄层、血清、尿液、脑脊液、滑液、泪液、唾液、全血、牛奶、乳头抽吸物、导管灌洗物、阴道液、鼻液、耳液、胃液、胰液、小梁液(trabecular fluid)、肺灌洗物、汗液、沟液、精液、前列腺液、痰、粪便物、支气管灌洗物、来自拭子的流体、支气管抽吸物、流态化固体、细针抽吸样品、组织匀浆、淋巴液、细胞培养样品或其任何组合。在一些实施方案中，所述生物样品包括血浆或血清。在一些实施方案中，所述生物样品包括液体。在一些实施方案中，所述生物样品包含大于1000种类型的蛋白质。在一些实施方案中，所述生物样品包含至少8个量级的蛋白质浓度动态范围。
在一些实施方案中，所述蛋白质子集包含60-200种蛋白质。在一些实施方案中，所述蛋白质子集包含80-160种蛋白质。在一些实施方案中，所述蛋白质子集包含100-140种蛋白质。在一些实施方案中，所述蛋白质子集包含10-50种蛋白质。在一些实施方案中，所述蛋白质子集包含10-30种蛋白质。在一些实施方案中，所述蛋白质子集包含至少4个量级的动态范围。在一些实施方案中，所述蛋白质子集包含至少6个量级的动态范围。在一些实施方案中，所述蛋白质子集包含高丰度蛋白质。在一些实施方案中，所述高丰度蛋白质包含所述样品的蛋白质质量的至少0.1％。在一些实施方案中，所述高丰度蛋白质包含至少1微摩尔(μM)的浓度。
在一些实施方案中，所述组合物包含包括所述颗粒的多种颗粒。在一些实施方案中，所述多种颗粒中的单独颗粒包含相同结合分子。在一些实施方案中，所述结合特异性包括至多1微摩尔(μM)的解离常数。在一些实施方案中，所述结合特异性包括至多1纳摩尔(nM)的解离常数。在一些实施方案中，所述结合分子在所述颗粒的所述表面上包含至少4纳米(nm)的平均间距。在一些实施方案中，所述结合分子在所述颗粒的所述表面上包含至少10纳米(nm)的平均间距。
本公开的各个方面提供了一种用于富集样品中的蛋白质子集的方法，其包括：使所述样品与包含颗粒的组合物接触，所述颗粒在其表面上具有少于5种不同类型的结合分子，所述少于5种不同类型的结合分子对所述样品中的所述蛋白质子集具有结合特异性；并且使用所述颗粒捕获所述蛋白质子集，从而富集所述蛋白质子集，其中所述蛋白质子集包含约10-500种蛋白质。
在一些实施方案中，所述接触包括向所述样品中添加100皮摩尔(pM)与100纳摩尔(nM)之间的所述颗粒。
在一些实施方案中，所述捕获包括将所述颗粒在所述样品中孵育至少1小时。在一些实施方案中，所述捕获包括将所述颗粒在至少37℃的温度下在所述样品中孵育。在一些实施方案中，所述捕获包括收集至少10-9mg的所述蛋白质的所述子集/平方毫米(mm2)所述颗粒的表面积。在一些实施方案中，所述富集包括缩窄所述蛋白质子集的动态范围。
在一些实施方案中，所述颗粒包含单一类型的结合分子。在一些实施方案中，所述颗粒包含2-5种不同类型的结合分子。在一些实施方案中，所述结合分子包括肽。在一些实施方案中，所述肽包含7与20之间个氨基酸。在一些实施方案中，所述肽不含半胱氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸中的一种或多种。在一些实施方案中，所述肽包含在5与10之间的等电点(pI)。在一些实施方案中，所述颗粒包含在所述肽的0.5内的等电点。在一些实施方案中，所述肽的构象包含对pH、温度、离子强度、介电常数、粘度或其任何组合的依赖性。在一些实施方案中，所述肽包括2至5种不同类型的肽。在一些实施方案中，所述2至5种不同肽包含至少两个不同的等电点。在一些实施方案中，所述颗粒包含特定摩尔比的所述2至5种不同肽。
在一些实施方案中，所述样品是生物样品。在一些实施方案中，所述生物样品包括全血、血浆、血沉棕黄层、血清、尿液、脑脊液、滑液、泪液、唾液、全血、牛奶、乳头抽吸物、导管灌洗物、阴道液、鼻液、耳液、胃液、胰液、小梁液、肺灌洗物、汗液、沟液、精液、前列腺液、痰、粪便物、支气管灌洗物、来自拭子的流体、支气管抽吸物、流态化固体、细针抽吸样品、组织匀浆、淋巴液、细胞培养样品或其任何组合。在一些实施方案中，所述生物样品包括血浆或血清。在一些实施方案中，所述生物样品包括液体。在一些实施方案中，所述生物样品包含大于1000种类型的蛋白质。在一些实施方案中，所述生物样品包含大于5000种类型的蛋白质。
在一些实施方案中，所述蛋白质子集包含60-200种蛋白质。在一些实施方案中，所述蛋白质子集包含10-50种蛋白质。在一些实施方案中，所述蛋白质子集包含高丰度蛋白质。在一些实施方案中，所述组合物包含包括所述颗粒的多种颗粒。
本公开的各个方面提供了一种用于从样品中富集蛋白质的组合物，所述组合物包含至少两种不同颗粒类型，所述至少两种不同颗粒类型各自包含对所述样品的不同蛋白质集合具有结合特异性的表面结合的结合分子，其中第一颗粒类型的蛋白质集合和第二颗粒类型的第二蛋白质集合具有10％-85％之间的重叠。
在一些实施方案中，所述第一蛋白质集合和所述第二蛋白质集合包含至多70％重叠。在一些实施方案中，所述第一蛋白质集合或所述第二蛋白质集合具有至少4个量级的动态范围。在一些实施方案中，所述动态范围是至多6个量级。在一些实施方案中，所述表面结合的结合分子包括不超过5种不同类型的结合分子。
在一些实施方案中，所述表面结合的结合分子包括肽。在一些实施方案中，所述肽包含7与20之间个氨基酸。在一些实施方案中，所述肽包含7与15之间个氨基酸。在一些实施方案中，所述肽包含8与12之间个氨基酸。在一些实施方案中，所述肽不含半胱氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸中的一种或多种。在一些实施方案中，所述肽包含非蛋白原氨基酸。在一些实施方案中，所述肽包含在5与10之间的等电点。在一些实施方案中，所述肽包括2至5种类型的肽/所述至少两种不同颗粒类型的颗粒类型。在一些实施方案中，所述2至5种不同肽包含基本相似的等电点。在一些实施方案中，所述2至5种不同肽包含至少两个不同的等电点。
在一些实施方案中，所述给定蛋白质集合各自包含5与500之间种蛋白质。在一些实施方案中，所述给定蛋白质集合各自包含10与500之间种蛋白质。在一些实施方案中，所述给定蛋白质集合各自包含10与200之间种蛋白质。在一些实施方案中，所述给定蛋白质集合各自包含10与50之间种蛋白质。在一些实施方案中，所述给定蛋白质集合各自包含10与30之间种蛋白质。在一些实施方案中，第一蛋白质集合和所述第二蛋白质集合的动态范围彼此基本重叠。
本公开的各个方面提供了一种用于测定样品的方法，其包括：使所述样品与组合物接触，所述组合物包含被配置为富集所述样品中的第一蛋白质子集的第一表面修饰颗粒和被配置为富集所述样品中的第二蛋白质子集的第二表面修饰颗粒；以及使用所述组合物富集所述样品中的所述第一蛋白质子集和所述第二蛋白质子集，其中所述第一蛋白质子集和所述第二蛋白质子集各自包含在所述样品中具有大于或等于约10μg/mL的浓度的不超过三种蛋白质，并且在此类蛋白质中的至少一种上彼此不同。
在一些实施方案中，所述组合物包含100皮摩尔(pM)与100纳摩尔(nM)之间的所述第一表面修饰颗粒和所述第二表面修饰颗粒。在一些实施方案中，所述富集包括将所述第一表面修饰颗粒和所述第二表面修饰颗粒在所述样品中孵育至少1小时。在一些实施方案中，所述富集包括将所述第一表面修饰颗粒和所述第二表面修饰颗粒在至少37℃的温度下在所述样品中孵育。在一些实施方案中，所述富集包括收集至少10-9mg的所述蛋白质子集/平方毫米(mm2)所述第一表面修饰颗粒和/或所述第二表面修饰颗粒的表面积。
在一些实施方案中，所述第一表面修饰颗粒和所述第二表面修饰颗粒各自包含1与5之间种不同类型的表面结合的结合分子。在一些实施方案中，所述第一表面修饰颗粒和所述第二表面修饰颗粒各自包含2与5之间种不同类型的表面结合的结合分子。在一些实施方案中，所述第一表面修饰颗粒和所述第二表面修饰颗粒各自包含至多2种不同类型的表面结合的结合分子。在一些实施方案中，所述第一表面修饰颗粒或所述第二表面修饰颗粒包含恰好1种类型的表面结合的结合分子。
在一些实施方案中，所述第一表面修饰颗粒或所述第二表面修饰颗粒包含表面结合的肽。在一些实施方案中，所述表面结合的肽包含7与20之间个氨基酸。在一些实施方案中，所述表面结合的肽不含半胱氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸中的一种或多种。在一些实施方案中，所述表面结合的肽包含在5与10之间的等电点(pI)。在一些实施方案中，所述第一表面修饰颗粒和所述第二表面修饰颗粒包含不同的肽。在一些实施方案中，所述第一表面修饰颗粒和所述第二表面修饰颗粒包含不同的等电点。在一些实施方案中，所述第一表面修饰颗粒和所述第二表面修饰颗粒各自包含1与5之间种不同的肽。
在一些实施方案中，所述样品是生物样品。在一些实施方案中，所述生物样品包括全血、血浆、血沉棕黄层、血清、尿液、脑脊液、滑液、泪液、唾液、全血、牛奶、乳头抽吸物、导管灌洗物、阴道液、鼻液、耳液、胃液、胰液、小梁液、肺灌洗物、汗液、沟液、精液、前列腺液、痰、粪便物、支气管灌洗物、来自拭子的流体、支气管抽吸物、流态化固体、细针抽吸样品、组织匀浆、淋巴液、细胞培养样品或其任何组合。在一些实施方案中，所述生物样品包括血浆或血清。在一些实施方案中，所述生物样品包含大于1000种类型的蛋白质。
本公开的各个方面提供了一种组合物，其包含具有表面的多种颗粒，所述表面包含具有7个或更多个氨基酸残基的寡肽，所述寡肽对样品中的蛋白质子集具有结合特异性，其中所述蛋白质子集包含少于或等于约500种蛋白质。
在一些实施方案中，所述寡肽包含7与20之间个氨基酸残基。在一些实施方案中，所述寡肽包含7与15之间个氨基酸残基。在一些实施方案中，所述结合特异性是至多100微摩尔(μM)。在一些实施方案中，所述结合特异性是至少1微摩尔(μM)。在一些实施方案中，所述结合特异性具有pH依赖性。
在一些实施方案中，所述多种颗粒至少包括在其表面上具有第一寡肽集合的第一颗粒和在其表面上具有不同于所述第一寡肽集合的第二寡肽集合的第二颗粒。在一些实施方案中，所述第一颗粒的等电点不同于所述第二颗粒的等电点。在一些实施方案中，所述第一寡肽集合和所述第二寡肽集合分别对所述样品中的第一蛋白质子集和第二蛋白质子集具有结合特异性，并且其中所述第一蛋白质子集不同于所述第二蛋白质子集。在一些实施方案中，所述第一蛋白质子集和所述第二蛋白质子集包含至多85％重叠。在一些实施方案中，所述蛋白质子集包含高丰度蛋白质。在一些实施方案中，所述第一蛋白质子集和所述第二蛋白质子集在其高丰度蛋白质之间包含至多85％重叠。在一些实施方案中，所述蛋白质子集包含少于或等于约200种蛋白质。
本公开的各个方面提供了用于富集样品中的蛋白质子集的方法，其包括：使所述样品与包含具有表面的多种颗粒的组合物接触，所述表面包含具有7个或更多个氨基酸残基的寡肽，所述寡肽对所述样品中的所述蛋白质子集具有结合特异性；并且使用所述多种颗粒捕获所述蛋白质子集，从而富集所述蛋白质子集，其中所述蛋白质子集包含少于或等于约500种蛋白质。
在一些实施方案中，所述接触包括向所述样品中添加100皮摩尔(pM)与100纳摩尔(nM)之间的所述多种颗粒。在一些实施方案中，所述捕获包括将所述多种颗粒在所述样品中孵育至少1小时。在一些实施方案中，所述捕获包括将所述多种颗粒在至少37℃的温度下在所述样品中孵育。在一些实施方案中，所述捕获包括收集至少10-9mg的所述蛋白质的所述子集/平方毫米(mm2)所述多种颗粒的表面积。
在一些实施方案中，所述寡肽包括1与5之间种不同类型的寡肽。在一些实施方案中，所述寡肽包含7与20之间个氨基酸。在一些实施方案中，所述寡肽不含半胱氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸中的一种或多种。
在一些实施方案中，所述样品是生物样品。在一些实施方案中，所述生物样品包括血浆或血清。
在一些实施方案中，所述蛋白质子集包含少于约200种蛋白质。在一些实施方案中，所述蛋白质子集包含大于约60种蛋白质。在一些实施方案中，所述蛋白质子集包含约10至约100种蛋白质。在一些实施方案中，所述蛋白质子集包含约10至约50种蛋白质。
本公开的各个方面提供了一种表面修饰颗粒，其包含附接至其表面的一种或多种结合分子，所述一种或多种结合分子具有多个区段，所述多个区段中的每一个是可独立寻址的。
在一些实施方案中，所述多个区段中的单独区段通过连接元件彼此分开。在一些实施方案中，所述连接元件不是肽衍生的连接元件。在一些实施方案中，所述多个区段的至少子集中的单独区段是可互换的。在一些实施方案中，所述多个区段中的单独区段能够被去除、修饰或取代。在一些实施方案中，所述一种或多种结合分子包括聚合物、肽或其组合。在一些实施方案中，所述聚合物是可生物降解的。在一些实施方案中，所述肽包括具有约7-20个氨基酸残基的寡肽。在一些实施方案中，所述多个区段包括具有约1-6个氨基酸残基的寡肽。在一些实施方案中，所述颗粒是具有在10纳米(nm)与500nm之间的直径的纳米颗粒。
在一些方面中，本公开提供了一种试剂盒，其包括构成表面的物质和偶联至所述表面的肽，其中所述肽包含被配置为结合生物分子集合的结合位点，其中所述生物分子集合包含至少三种蛋白质或至少五种生物分子。
在一些实施方案中，所述试剂盒还包括构成第二表面的第二物质和偶联至所述第二表面的第二肽，其中所述第二肽包含被配置为结合第二生物分子集合的结合位点，其中所述第二生物分子集合不同于所述第一生物分子集合。
在一些实施方案中，所述试剂盒还包括蛋白分解酶。
在一些实施方案中，所述蛋白分解酶是胰蛋白酶或细胞溶素。
在一些实施方案中，所述试剂盒还包括缓冲液。
在一些实施方案中，所述缓冲液包括裂解缓冲液。
在一些实施方案中，将所述物质设置在包括第一盖的室中，并且将第二物质设置在包括第二盖的室中，其中所述第一盖和所述第二盖的颜色不同。
在一些实施方案中，将所述物质设置在包括第一条形码的室中，并且将所述第二物质设置在包括第二条形码的室中，其中所述第一条形码和所述第二条形码不同。
在一些实施方案中，所述试剂盒还包括用于容纳所述物质的容器，其中所述容器包括条形码。
在一些方面中，本公开提供了一种方法，其包括：(a)使生物样品与本公开的组合物接触以将多种生物分子捕获至所述组合物；(b)将所述多种生物分子或其一部分从所述组合物释放；(c)至少鉴定所述多种生物分子或其所述一部分，其中所述多种生物分子或其所述一部分包括所述生物样品中所述至少三种不同的蛋白质中的一种或多种生物分子。
在一些实施方案中，所述鉴定包括对(b)中释放的所述多种生物分子或其所述一部分进行质谱或核酸测序。
根据以下具体实施方式，本公开的其他方面和优点对于本领域技术人员将变得容易显而易见，其中仅示出和描述了本公开的说明性实施方案。如将会理解的，本公开能够具有其他的和不同的实施方案，并且其若干细节能够在各个明显的方面进行修改，所有这些都不脱离本公开。因此，附图和说明书应被看作是说明性质的，而不是限制性的。
援引并入
本说明书中提到的所有出版物、专利和专利申请都通过引用并入本文，其并入程度如同每个单独的出版物、专利或专利申请被明确且单独地指示以引用的方式并入。就以引用的方式并入的出版物和专利或专利申请与本说明书中包含的公开内容相矛盾而言，本说明书旨在取代和/或优先于任何这种矛盾的材料。
附图说明
本发明的新型特征在所附权利要求中特别地阐述。将通过参考阐述了利用本发明原理的说明性实施方案的以下具体描述和附图(在本文中也称为“图(Figure)”和“图(FIG.)”)获得对本发明的特征和优点的更好的理解，在所述附图中：
图1示出了根据一些实施方案的被编程或以其他方式配置为实现本公开的方法的计算机系统。
图2提供了根据一些实施方案的用于将来自生物样品的生物分子收集至颗粒上的示例工作流程。
图3提供了根据一些实施方案的用于分析来自生物样品的生物分子的基于颗粒的测定的示例工作流程。
图4提供了根据一些实施方案的用于用磁性颗粒测定来自生物样品的生物分子的示例工作流程。
图5说明了根据一些实施方案的收集在包括1至12种颗粒的颗粒包(particlepanels)上并且随后在收集在所述颗粒包上后通过质谱鉴定的蛋白质的数目。
图6提供了根据一些实施方案的用于将肽偶联至颗粒的方法的实例。
图7提供了根据一些实施方案的用于偶联结合分子和颗粒的接头的实例。
图8A提供了根据一些实施方案的可用于肽合成的模块单元的图。
图8B提供了根据一些实施方案的包括模块单元并且被配置用于分子间或分子内交换的结合分子的实例。
图9提供了根据一些实施方案的可以偶联至颗粒表面的线性肽和环状肽的实例。
图10提供了根据一些实施方案的与本公开一致的柔性接头和刚性接头的实例。
图11A示出了根据一些实施方案的与靶标结合的肽官能化表面的示意图。
图11B描绘了根据一些实施方案的自由能表面的图片。
图11C描绘了根据一些实施方案的自由能表面的图片。
图11D示出了根据一些实施方案的与多种靶标结合的肽官能化表面的示意图。
图12A示出了根据一些实施方案的捕获多种生物分子的肽官能化表面的示意图。
图12B示出了根据一些实施方案的捕获多种生物分子的肽官能化表面的示意图。
图12C示出了根据一些实施方案的捕获多种生物分子的肽官能化表面的示意图。
图13示意性说明了根据一些实施方案的肽设计流水线。
图14A示出了根据一些实施方案的表面。表面可以在一个或多个区域处官能化以用于捕获生物分子。
图14B示出了根据一些实施方案的表面。表面可以包括一个或多个孔或凹入部以用于捕获生物分子。例如，可以将官能化表面设置在96孔板或384孔板中。
图14C示出了根据一些实施方案的表面。可以将表面设置在一种或多种颗粒上。在一些实施方案中，可以将所述一种或多种颗粒设置在一个或多个孔或凹入部中。
图14D示出了根据一些实施方案的表面。可以将表面设置在堆积在通道中的多种颗粒或设置在通道中的多孔材料上。
图14E示出了根据一些实施方案的表面。可以将表面设置在通道的内表面上。
图14F-图14I示出了根据一些实施方案的表面。表面可以包括1、2、3、4个或任何数目的不同表面区域。在一些实施方案中，可以将表面设置在颗粒上。在一些实施方案中，颗粒可以是多孔颗粒。
图15A示出了根据一些实施方案的肽官能化表面的化学结构。
图15B示出了根据一些实施方案的接头的化学结构。
图16A示出了根据一些实施方案的用于合成的乙醇硅烷路线。
图16B示出了根据一些实施方案的用于合成的基于二氧化硅的半两步法路线。
图16C示出了根据一些实施方案的硫醇官能化颗粒的化学结构。
图16D示出了根据一些实施方案的羧酸盐和胺官能化颗粒。使用六氟磷酸盐氮杂苯并三唑四甲基脲鎓(HATU)试剂或1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺(EDC)试剂，羧酸盐和胺可以实现偶联。
图16E示出了根据一些实施方案的使用琥珀酸盐试剂的合成路线。
图17示出了根据一些实施方案的使用本公开的颗粒鉴定的蛋白质分组的数目。
图18示出了根据一些实施方案的用于将肽官能化至表面的点击化学合成路线。
图19A-图19P示出了根据一些实施方案的用于在表面上官能化的肽化学结构。
图20A示出了根据一些实施方案的用S-437与S-348检测的蛋白质分组的统计数据。
图20B-图20D示出了根据一些实施方案的分别用S-437、用S-437和S-348两者和用S-348检测的经鉴定蛋白质分组。
图20E-图20G示出了根据一些实施方案的分别用S-437、用S-437和S-348两者和用S-348检测的蛋白质分组的强度。
图20H-图20J示出了根据一些实施方案的分别用S-437、用S-437和S-348两者和用S-348检测的蛋白质分组强度CV。
图20K-图20M示出了根据一些实施方案的与分别用S-437、用S-437和S-348两者和用S-348检测的蛋白质分组相关联的肽的数目。
图20N描绘了根据一些实施方案的分别关于S-437、关于S-437和S-348两者和关于S-348的一致蛋白质分组对UniProt功能关键词的映射。
图20O-图20Q示出了根据一些实施方案的分别用S-437、用S-437和S-348两者和用S-348检测的一致蛋白质分组的物理化学特征。
图21A示出了根据一些实施方案的用S-439与S-348检测的蛋白质分组的统计数据。
图21B-图21D示出了根据一些实施方案的分别用S-439、用S-439和S-348两者和用S-348检测的鉴定蛋白质分组。
图21E-图21G示出了根据一些实施方案的分别用S-439、用S-439和S-348两者和用S-348检测的蛋白质分组的强度。
图21H-图21J示出了根据一些实施方案的分别用S-439、用S-439和S-348两者和用S-348检测的蛋白质分组强度CV。
图21K-21M示出了根据一些实施方案的与分别用S-439、用S-437和S-348两者和用S-348检测的蛋白质分组相关联的肽的数目。
图21N描绘了根据一些实施方案的分别关于S-439、关于S-439和S-348两者和关于S-348的一致蛋白质分组对UniProt功能关键词的映射。
图21O-图21Q示出了根据一些实施方案的分别用S-439、用S-439和S-348两者和用S-348检测的一致蛋白质分组的物理化学特征。
图22A示出了根据一些实施方案的用S-348与5颗粒包检测的蛋白质分组的统计数据。
图22B-图22D示出了根据一些实施方案的分别用S-348、用S-348和5颗粒包两者和用5颗粒包检测的鉴定蛋白质分组。
图22E-图22G示出了根据一些实施方案的分别用S-348、用S-348和5颗粒包两者和用5颗粒包检测的蛋白质分组的强度。
图22H-图22J示出了根据一些实施方案的分别用S-348、用S-348和5颗粒包两者和用5颗粒包检测的蛋白质分组强度CV。
图22K-图22M示出了根据一些实施方案的与分别用S-348、用S-348和5颗粒包两者和用5颗粒包检测的蛋白质分组相关联的肽的数目。
图22N描绘了根据一些实施方案的分别关于S-348、关于S-348和5颗粒包两者和关于5颗粒包的一致蛋白质分组对UniProt功能关键词的映射。
图22O-图22Q示出了根据一些实施方案的分别用S-348、用S-348和5颗粒包两者和用5颗粒包检测的一致蛋白质分组的物理化学特征。
图23示出了根据一些实施方案的试剂盒。
具体实施方式
生物样品常常是包含各种各样的具有完全不同特性的生物分子的复杂混合物。在一些方面中，本公开提供了用于从复杂生物样品中分级分离、收集、富集和耗尽生物分子，从而能够深度分析、谱分析和生物分子检测的一系列方法。
本公开的方面提供了用于将生物分子收集在表面、多孔材料、颗粒、具有多个不同表面或颗粒类型的表面包和颗粒包上的组合物、系统和方法，所述组合物、系统和方法从样品中富集蛋白质。在一些实施方案中，可以将生物分子收集至表面上。在一些实施方案中，它们可以在不同颗粒类型的表面上形成不同生物分子冠。在一些实施方案中，本文所公开的颗粒包可用于在数小时的跨度中跨宽动态范围检测数千种蛋白质的冠分析方法。
一些蛋白质对结合靶配体(例如，另一种蛋白质)表现出高选择性和高特异性。设计各种生物分子测定来利用此原理，例如免疫测定种将抗原-抗体反应设置在阵列上以检测样品中抗原的存在。这些方法可以具有高选择性和特异性，但它们可能无法耐受靶蛋白的化学结构的小的或中度变异。这带来了挑战，因为可能需要针对力求检测样品中存在的每种新靶标设计特异性抗体，即使所述新靶标可能与具有已知结合配偶体的靶标具有结构或化学相似性。
在活细胞中，可能存在给定蛋白质分组的各种蛋白质形式。可能例如随着个体的遗传密码的突变引入氨基酸序列的变异。在一些实施方案中，也可能随着剪接变异引入氨基酸序列的变异。此外，蛋白质可能经历一种或多种翻译后修饰(例如，磷酸化、错误折叠或伴侣蛋白辅助折叠)。在一些情况下，蛋白质形式可能具有一些相互保留的化学、结构和/或功能特征。例如，一些蛋白质形式可以包含用于结合的相同表位。
在一些方面中，本公开提供了用于使用肽靶向多种靶生物分子的系统、组合物和方法。在一些实施方案中，本公开的肽可以包含至少部分基于已知靶向特定结合靶标的预定肽的化学结构的化学结构。本公开的肽的化学结构可以包含突变、化学修饰、截短和基于预定肽的其他修饰。在本公开的其他地方设想并更详细地描述了各种修饰。
对预定肽结构的修饰可以将本公开的肽配置为靶向多种靶标。例如，图11A图示了经由接头(1102)官能化在表面(1101)上的预定肽(1103)，所述预定肽被配置为结合单一靶标(1104)。图11B描绘了用于结合预定肽(1103)和靶标(1104)的自由能表面的图片。图11A和图11B说明预定肽可以对一种结合靶标具有高特异性和高选择性。在一些实施方案中，预定肽可以不对其他靶标表现出显著结合。
对预定肽的化学结构的修饰可能导致允许结合多种靶标的肽的新化学结构。图11C描绘了根据一些实施方案的被配置为结合至少四种靶标(B、C、D和E)的肽的自由能表面的图片。不受特定理论的束缚，预定肽的化学结构的某些修饰可能导致结合位点(用于结合靶标)的结构的一个或多个小的或中度变化。在一些实施方案中，所述一个或多个变化可以是化学性质的，例如亲水性、疏水性、电离度、酸度、碱度、氢键和/或形成共价键的能力的变化。在一些实施方案中，所述一个或多个变化可以是空间位阻性质的，例如，结合位点的可及性增加或减少。在一些实施方案中，所述一个或多个变化可以是熵性质的，例如，结合位点的柔性增加(这可以通过分析与结合位点相关联的振动模式和/或自由能表面计算来推断)。不受特定理论的束缚，这些变化可能导致肽与靶生物分子之间的结合自由能的变化，并且可能导致包括游离肽和游离靶生物分子的第一态与包括肽和结合的靶生物分子的第二态之间的平衡常数的变化。不受特定理论的束缚，设想各种物理和化学变化可能改变肽的结合特异性和/或选择性，使得肽可能被赋予结合多种靶标的能力。
图11D示出了描绘根据一些实施方案的被配置为结合多种结合靶标的肽的图片。在一些实施方案中，结合靶标可以在其化学结构的至少一部分中共享化学或结构相似性，使得它们具有朝向与肽的结合的亲和性。在一些实施方案中，结合靶标可以包含共同的一个或多个表位。在一些实施方案中，结合靶标可以是彼此的蛋白质形式。
图13示意性说明了根据一些实施方案的肽的设计过程。设计肽可以至少部分基于肽的数据库(1301)、计算机模拟筛选(1304)、实验合成和实验(1307-1310)或其任何组合。肽可以至少部分基于数据库中预定肽的化学结构。在一些实施方案中，数据库可以包括预定肽的标识符。在一些实施方案中，数据库可以包括预定肽的氨基酸序列(1302)。在一些实施方案中，数据库可以包括预定肽的3D结构。在一些实施方案中，数据库可以包括具有结合的靶标的预定肽的3D结构。在一些实施方案中，数据库可以包括与预定肽相互作用或预期与预定肽相互作用的一种或多种生物分子(例如，蛋白质)的列表(1303)。在一些实施方案中，数据库可以包括预定肽的一种或多种分类标签。在一些实施方案中，分类标签可以是用于按3D结构、基因表达的一个或多个基因座、生化途径的参与、与疾病相关联或其任何组合对一些肽进行小组的标签。
在一些实施方案中，可以应用计算机模拟筛选方法或工具来设计肽。在一些实施方案中，计算机模拟筛选工具可以包括在各种理论水平(例如，哈特里-福克(Hartree-Fock)、DFT或耦合簇(coupled-cluster))下的电子结构计算。在一些实施方案中，计算机模拟筛选工具可以包括分子动力学或蒙特卡洛(Monte Carlo)模拟(在从原子模拟至粗粒模拟的各种细节水平下)。在一些实施方案中，计算机模拟筛选工具可以包括机器学习算法。在一些实施方案中，计算机模拟筛选工具可用于获得肽的3D结构。在一些实施方案中，计算机模拟筛选工具可用于进行肽与一种或多种靶标之间的对接模拟。在一些实施方案中，计算机模拟筛选工具可用于获得与肽与一种或多种靶标之间的结合相关联的物理量(例如，自由能或平衡常数)。
本公开的各方面提供了用于利用和分析肽的方法。在一些实施方案中，“肽”可以是指包含通过肽(例如，酰胺)键连接的至少两个氨基酸残基的分子。肽的非限制性实例包括氨基酸二聚体、三聚体、寡聚物或聚合物。在一些实施方案中，肽包括蛋白质。肽可以是线性或分支的。肽可以包含天然氨基酸。天然氨基酸可以是‘蛋白原氨基酸’，如本文所用，其可以是指用于天然生物体翻译的22种已知氨基酸，即丙氨酸、精氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、胱氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、丝氨酸、苏氨酸、色氨酸、酪氨酸、缬氨酸、吡咯赖氨酸和硒代胱氨酸中的任一种。天然氨基酸可以是翻译后修饰的氨基酸，其非限制性实例包括酰化氨基酸、烷基化氨基酸、异戊二烯化氨基酸、亚硝基化氨基酸、黄素化氨基酸、甲酰化氨基酸、酰胺化氨基酸、脱酰胺化氨基酸、卤化氨基酸、羧化氨基酸、脱羧氨基酸、糖基化氨基酸、磷酸化氨基酸、磺酰化氨基酸、环化氨基酸、氨基甲酰化氨基酸、羰基化氨基酸或生物素化氨基酸。肽可以包括天然存在的氨基酸的同分异构变体，诸如α-碳对映异构体，也称为D-氨基酸。肽可以包括非天然(例如，合成衍生的)氨基酸。非天然氨基酸可以包括非天然侧链，诸如全氟化芳基或烷基部分。非天然氨基酸可以包含非天然骨架结构，例如代替α-碳的硅或设置在β-碳上的胺。肽还可以包含代替氨基酸残基的非氨基酸单元，诸如4-羟基丁酸。
在一些方面中，本公开提供了一种用于从生物样品中测定生物分子的系统。在一些实施方案中，所述系统包括表面。在一些实施方案中，所述系统包括偶联至表面的肽。在一些实施方案中，所述肽包含结合位点。在一些实施方案中，至少三种不同的生物分子在所述结合位点处与所述肽结合。在一些情况下，所述至少三种不同的生物分子包括至少三种不同的蛋白质。在一些实施方案中，所述至少三种不同的生物分子包括至少五种不同的生物分子。在一些实施方案中，所述至少三种不同的生物分子与所述肽的单一实例结合。在一些实施方案中，所述至少三种不同的生物分子单独地与所述肽的不同实例结合。在一些实施方案中，不同的生物分子或蛋白质可以是独特的生物分子或蛋白质。在一些实施方案中，结合位点是参与靶生物分子的结合的肽的任何部分或全部。在一些实施方案中，结合位点通过接触参与靶生物分子的结合。在一些实施方案中，所述肽包括被配置为结合所述至少三种不同蛋白质中的不同生物分子的给定肽的变体。在一些实施方案中，所述肽包含所述给定肽的给定结合位点的一部分。
在一些实施方案中，所述肽包含所述给定肽的突变，使得所述肽包含所述给定肽的所述给定结合位点的修饰形式。在一些实施方案中，所述修饰形式包含不同于所述给定肽的所述给定结合位点的几何结构。在一些实施方案中，修饰形式包含不同振动模式，如通过IR光谱或拉曼光谱测量的。在一些实施方案中，所述肽包含小于所述给定肽的给定结合位点的特异性。在一些实施方案中，如在包含等温滴定量热法(ITC)缓冲液的水性溶液中测量的，所述肽与所述至少三种不同的生物分子中的第一生物分子之间结合的第一自由能基本上等同于所述肽与所述至少三种不同的生物分子中的第二生物分子之间结合的第二自由能。在一些情况下，可以在水中测量自由能。在一些情况下，可以在包含生理pH的碳酸氢盐缓冲体系中测量自由能。在一些情况下，可以计算机模拟计算自由能。在一些实施方案中，ITC缓冲液可以维持生物分子的溶解度和稳定性。在一些实施方案中，ITC缓冲液包含盐、辅因子和对于结合所必需的添加剂。在一些实施方案中，ITC缓冲液具有低电离熵。在一些实施方案中，ITC缓冲液的浓度足够高以补偿滴定期间的任何pH效应。在一些实施方案中，如在包含所述ITC缓冲液的所述水性溶液中测量的，所述肽与所述至少三种不同的生物分子中的所述第一生物分子之间结合的所述第一自由能基本上等同于所述肽与所述至少三种不同的生物分子中的第三生物分子之间结合的第三自由能。在一些实施方案中，如在包含ITC缓冲液的水性溶液中测量的，所述肽与所述至少三种不同的生物分子中的第一生物分子之间结合的第一平衡常数基本上等同于所述肽与所述至少三种不同的生物分子中的第二生物分子之间结合的第二平衡常数。在一些实施方案中，如在包含ITC缓冲液的水性溶液中测量的，所述肽与所述至少三种不同的生物分子中的所述第一生物分子之间结合的所述第一平衡常数基本上等同于所述肽与所述至少三种不同的生物分子中的第三生物分子之间结合的第三平衡常数。
在一些实施方案中，所述至少三种不同的生物分子包括至少4、5、6、7、8、9或10种不同的生物分子。在一些实施方案中，所述至少三种不同的生物分子包括至少20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000或10000种不同的生物分子。在一些实施方案中，所述至少三种不同的生物分子包括至多20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000或10000种不同的生物分子。在一些实施方案中，与所述肽结合的所述至少三种不同的生物分子中的第一生物分子的第一量和与所述肽结合的所述至少三种不同的生物分子中的第二生物分子的第二量在彼此的1个量级内。在一些实施方案中，与所述肽结合的所述至少三种不同的生物分子中的所述第一生物分子的所述第一量和与所述肽结合的所述至少三种不同的生物分子中的第三生物分子的第三量在彼此的1个量级内。
在一些实施方案中，所述肽以下述密度偶联至所述表面：至少约1个肽/1平方纳米、至少约1个肽/2平方纳米、至少约1个肽/3平方纳米、至少约1个肽/5平方纳米、1个肽/10平方纳米、1个肽/20平方纳米、1个肽/30平方纳米、1个肽/40平方纳米、1个肽/50平方纳米、1个肽/60平方纳米、1个肽/70平方纳米、1个肽/80平方纳米、1个肽/90平方纳米、1个肽/100平方纳米、1个肽/150平方纳米、1个肽/200平方纳米、1个肽/250平方纳米、1个肽/300平方纳米、1个肽/350平方纳米、1个肽/400平方纳米、1个肽/450平方纳米或1个肽/500平方纳米。
在一些实施方案中，所述肽以下述密度偶联至所述表面：至多约1个肽/1平方纳米、至多约1个肽/2平方纳米、至多约1个肽/3平方纳米、至多约1个肽/5平方纳米、1个肽/10平方纳米、1个肽/20平方纳米、1个肽/30平方纳米、1个肽/40平方纳米、1个肽/50平方纳米、1个肽/60平方纳米、1个肽/70平方纳米、1个肽/80平方纳米、1个肽/90平方纳米、1个肽/100平方纳米、1个肽/150平方纳米、1个肽/200平方纳米、1个肽/250平方纳米、1个肽/300平方纳米、1个肽/350平方纳米、1个肽/400平方纳米、1个肽/450平方纳米或1个肽/500平方纳米。
在一些实施方案中，所述肽包含至少5个氨基酸、至少10个氨基酸、至少15个氨基酸、至少20个氨基酸、至少25个氨基酸、至少30个氨基酸、至少35个氨基酸或至少40个氨基酸。在一些实施方案中，所述肽包含5-40个氨基酸、10-35个氨基酸、15-30个氨基酸、20-25个氨基酸或35-40个氨基酸。在一些实施方案中，所述肽包含至多5个氨基酸、至多10个氨基酸、至多15个氨基酸、至多20个氨基酸、至多25个氨基酸、至多30个氨基酸、至多35个氨基酸或至多40个氨基酸。
在一些实施方案中，所述肽包含基本线性的结构域。在一些实施方案中，所述肽包含非线性结构域。在一些实施方案中，所述线性结构域可以包含α螺旋。在一些实施方案中，所述非线性结构域可以包括非结构化结构域。在一些实施方案中，所述肽包含环状结构域。在一些实施方案中，所述表面还包含与其偶联的多种肽，其中所述多种肽中的每种肽被配置为结合至少三种不同的生物分子。在一些实施方案中，所述至少三种不同的生物分子包含相同表位。在一些实施方案中，所述至少三种不同的生物分子包含至少部分地由外显子的相同基因座表达的至少两种蛋白质形式。在一些实施方案中，所述系统还包括沉积在所述表面上的多种生物分子，其中所述多种生物分子包含所述至少三种不同的生物分子。在一些实施方案中，所述多种生物分子包含至少约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000或10000种未与所述肽特异性结合的生物分子。在一些实施方案中，所述多种生物分子包含至少约5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20的动态范围。
在一些实施方案中，所述表面提供在溶液中，每μL所述溶液具有以所述表面的表面积计的至少约0.05、0.1、0.2、0.3、0.4或0.5cm2。在一些实施方案中，所述表面提供在所述溶液中，每μL所述溶液具有以所述表面的表面积计的至多约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5或1.0。在一些实施方案中，所述表面提供在溶液中，每μL所述溶液具有以构成所述表面的物质的质量计的至少约1、2、3、4、5或10μg。在一些实施方案中，所述表面提供在所述溶液中，每μL所述溶液具有以构成所述表面的所述物质的质量计的至多约2、3、4、5或20μg。在一些实施方案中，所述表面提供在溶液中，每mg所述溶液具有以构成所述表面的物质的质量计的至少约1、2、3、4、5或10μg。在一些实施方案中，所述表面提供在所述溶液中，每mg所述溶液具有以构成所述表面的所述物质的质量计的至多约2、3、4、5或20μg。
在一些实施方案中，所述颗粒包含顺磁性材料。在一些实施方案中，所述颗粒包括包含所述顺磁性材料的芯。在一些实施方案中，所述顺磁性材料包括氧化铁。在一些实施方案中，所述颗粒包括纳米颗粒或微米颗粒。在一些实施方案中，所述颗粒形成包含多种生物分子的生物分子冠。在一些实施方案中，所述多种生物分子吸附在所述表面上。在一些实施方案中，所述多种生物分子与所述表面非特异性地结合。在一些实施方案中，所述多种生物分子捕获在所述表面上，使得溶液中所述多种生物分子中的至少两种生物分子之间的丰度比相对于捕获在所述表面上的所述多种生物分子中的所述至少两种生物分子变化。
在一些实施方案中，所述多种生物分子在下游测定中的可视性增加。在一些实施方案中，所述下游测定是质谱。在一些实施方案中，所述多种生物分子中生物分子的所述可视性在质谱强度上增加。在一些实施方案中，所述下游测定是核酸测序。在一些实施方案中，所述多种生物分子中生物分子的所述可视性在用核酸定量测量的量上增加。在一些实施方案中，所述肽共价偶联至所述表面。
在一些实施方案中，所述表面包括构成所述表面的二氧化硅层。在一些实施方案中，所述二氧化硅层包含接头，所述接头将所述肽共价偶联至所述表面。在一些实施方案中，所述接头包含以下中的至少一种：硅烷化化学、PEG化化学、马来酰亚胺化学、琥珀酰亚胺酯化学、异硫氰酸酯化学、点击化学、硫醇化学、SMCC(ADC接头、反式-4-(马来酰亚胺基甲基)环己烷羧酸-NHS)和生物正交化学。在一些实施方案中，生物正交化学可以包括不与肽中的一个或多个官能团反应的官能性。
在一些实施方案中，所述接头在所述表面上包含至少约1个接头/1平方纳米、1个接头/2平方纳米、1个接头/3平方纳米、1个接头/4平方纳米、1个接头/5平方纳米、1个接头/6平方纳米、1个接头/7平方纳米、1个接头/8平方纳米、1个接头/9平方纳米、1个接头/10平方纳米、1个接头/12平方纳米、1个接头/14平方纳米、1个接头/16平方纳米、1个接头/18平方纳米、1个接头/20平方纳米、1个接头/22平方纳米、1个接头/24平方纳米、1个接头/26平方纳米、1个接头/28平方纳米或1个接头/30平方纳米的密度。在一些实施方案中，所述接头从所述表面至所述肽包含至少约8、16、32、64、128、256、512、1024个共价键的长度。在一些实施方案中，所述接头包含足以使所述肽远离所述表面延伸至少约1nm、2nm、3nm、4nm或5nm的尺寸。在一些实施方案中，所述接头包含足以使所述肽远离所述表面以1-5nm、2-4nm或3-5nm延伸的尺寸。在一些实施方案中，所述接头包含足以使所述肽远离所述表面延伸至多约1nm、2nm、3nm、4nm或5nm的尺寸。
在一些实施方案中，所述表面包含幅值为约13-35mV的表面ζ电位。在一些实施方案中，所述表面包含幅值为至少约0.01mV的表面ζ电位。在一些实施方案中，所述表面包含幅值为至少约0.1mV的表面ζ电位。在一些实施方案中，所述表面包含幅值为至少约1mV的表面ζ电位。在一些实施方案中，所述表面包含幅值为至少约10mV的表面ζ电位。在一些实施方案中，所述表面包含幅值为至少约100mV的表面ζ电位。在一些实施方案中，所述表面包含幅值为至少约1000mV的表面ζ电位。在一些实施方案中，所述表面包含幅值为至少约0.01mV、0.05mV、0.1mV、0.5mV、1mV、5mV、10mV、50mV、100mV、500mV或1000mV的表面ζ电位。在一些实施方案中，所述表面包含幅值在0.01mV与1000mV之间、在0.05mV与500mV之间、在0.1mV与100mV之间、在0.5mV与50mV之间、在1mV与10mV之间、在5mV与100mV之间或在500mV与1000mV之间的表面ζ电位。在一些实施方案中，所述表面ζ电位是正的。在一些实施方案中，所述表面ζ电位是负的。
在一些实施方案中，所述表面包括疏水性表面。在一些实施方案中，所述表面包括亲水性表面。在一些实施方案中，所述表面包含如通过XPS测量的约10％-43％的元素碳分数。在一些实施方案中，所述表面可以包含至少约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80或90％的元素碳分数。在一些实施方案中，所述表面可以包含至多约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80或90％的元素碳分数。在一些实施方案中，所述表面包含如通过XPS测量的约40％-60％的元素氧分数。在一些实施方案中，所述表面可以包含至少约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80或90％的元素氧分数。在一些实施方案中，所述表面可以包含至多约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80或90％的元素氧分数。在一些实施方案中，所述表面包含如通过XPS测量的约1％-4％的元素氮分数。在一些实施方案中，所述表面可以包含至少约0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％或20％的元素氮分数。在一些实施方案中，所述表面可以包含至多约0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％或20％的元素氮分数。在一些实施方案中，所述表面包含如通过XPS测量的约0.5％-2％的元素硫组成。在一些实施方案中，所述表面可以包含至少约0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％的元素硫分数。在一些实施方案中，所述表面可以包含至多约0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％的元素硫分数。在一些实施方案中，所述表面包含如通过XPS测量的约24％-31％的元素硅组成。在一些实施方案中，所述表面可以包含至少约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、20％、30％、40％、50％、60％或70％的元素硅分数。在一些实施方案中，所述表面可以包含至多约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、20％、30％、40％、50％、60％或70％的元素氧分数。在一些实施方案中，所述表面包含如通过XPS测量的约0％的元素铁组成。在一些实施方案中，所述表面可以包含至少约0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％的元素铁分数。在一些实施方案中，所述表面可以包含至多约0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％的元素铁分数。在一些实施方案中，将所述XPS进行到至多约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15nm的深度。在一些实施方案中，将所述XPS进行到至多约1-10nm、2-9nm、3-8nm、4-7nm、5-6nm或9-10nm的深度。
在一些方面中，本公开提供了一种系统，其包括N数个表面。在一些实施方案中，所述N数个表面中的第n表面包含偶联至所述第n表面的第n肽。在一些实施方案中，所述N数个表面中的第n表面包含与所述第n肽非特异性结合的第n多种不同生物分子，其中N是至少2，并且n的范围为从1至N。在一些实施方案中，N是至少3、4、5、6、7、8、9或10。在一些实施方案中，至少一种第n多种不同生物分子包括至少3、4、5、6、7、8、9或10种不同的生物分子。在一些实施方案中，至少2、3、4、5、6、7、8、9或10种第n多种不同生物分子各自包括至少3、4、5、6、7、8、9或10种不同的生物分子。在一些实施方案中，所述至少一种第n多种不同生物分子中的第一生物分子的第一量和所述至少一种第n多种不同生物分子中的第二生物分子的第二量在彼此的1个量级内。在一些实施方案中，所述至少一种第n多种不同生物分子中的所述第一生物分子的所述第一量和所述至少一种第n多种不同生物分子中的第三生物分子的第三量在彼此的1个量级内。在一些实施方案中，至少一种第n肽包括被配置为结合所述至少三种不同蛋白质中的不同生物分子的给定肽的变体。在一些实施方案中，所述至少一种第n肽包含所述给定肽的给定结合位点的一部分。在一些实施方案中，所述至少一种第n肽包含给定肽的突变，使得所述至少一种第n肽包含所述给定肽的所述给定结合位点的修饰形式。
在一些实施方案中，所述修饰形式包含不同于所述给定肽的所述给定结合位点的几何结构。在一些实施方案中，所述修饰形式包含不同振动模式，如通过IR光谱或拉曼光谱测量的。在一些实施方案中，所述至少一种第n肽包含小于所述给定肽的给定结合位点的特异性。在一些实施方案中，所述至少一种第n肽与至少一种第n多种不同生物分子中的第一生物分子之间结合的第一自由能和所述至少一种第n肽与所述至少一种第n多种不同生物分子中的第二生物分子之间结合的第二自由能在彼此的1个量级内。在一些实施方案中，所述至少一种第n肽与至少一种第n多种不同生物分子中的所述第一生物分子之间结合的所述第一自由能和所述至少一种第n肽与所述至少一种第n多种不同生物分子中的第三生物分子之间结合的第三自由能在彼此的1个量级内。在一些实施方案中，如在包含ITC缓冲液的水性溶液中测量的，所述至少一种第n肽与至少一种第n多种不同生物分子中的第一生物分子之间结合的第一平衡常数基本上等同于所述至少一种第n肽与所述至少一种第n多种不同生物分子中的第二生物分子之间结合的第二平衡常数。在一些实施方案中，ITC缓冲液可以维持生物分子的溶解度和稳定性。在一些实施方案中，ITC缓冲液包含盐、辅因子和用于结合的添加剂。在一些实施方案中，ITC缓冲液具有低电离熵。在一些实施方案中，ITC缓冲液的浓度足够高以补偿滴定期间的任何pH效应。在一些实施方案中，如在包含ITC缓冲液的水性溶液中测量的，所述至少一种第n肽与至少一种第n多种不同生物分子中的所述第一生物分子之间结合的所述第一自由能基本上等同于所述至少一种第n肽与所述至少一种第n多种不同生物分子中的第三生物分子之间结合的第三自由能。
在一些实施方案中，所述至少一种第n肽以至少约1个肽/50平方纳米的密度偶联至所述表面。在一些实施方案中，所述肽以至多约1个肽/5平方纳米的密度偶联至所述表面。在一些实施方案中，所述肽以至多约1个肽/500平方纳米的密度偶联至所述表面。在一些实施方案中，所述至少一种第n肽以下述密度偶联至所述表面：至少约1个肽/5平方纳米、1个肽/10平方纳米、1个肽/20平方纳米、1个肽/30平方纳米、1个肽/40平方纳米、1个肽/50平方纳米、1个肽/60平方纳米、1个肽/70平方纳米、1个肽/80平方纳米、1个肽/90平方纳米、1个肽/100平方纳米、1个肽/150平方纳米、1个肽/200平方纳米、1个肽/250平方纳米、1个肽/300平方纳米、1个肽/350平方纳米、1个肽/400平方纳米、1个肽/450平方纳米或1个肽/500平方纳米。
在一些实施方案中，所述至少一种第n肽包含至少20个氨基酸。在一些实施方案中，所述至少一种第n肽包含至多40个氨基酸。在一些实施方案中，所述至少一种第n肽包含至少5个氨基酸、至少10个氨基酸、至少15个氨基酸、至少20个氨基酸、至少25个氨基酸、至少30个氨基酸、至少35氨基酸或至少40个氨基酸。在一些实施方案中，所述肽包含5-40个氨基酸、10-35个氨基酸、15-30个氨基酸、20-25个氨基酸或35-40个氨基酸。在一些实施方案中，所述肽包含至多5个氨基酸、至多10个氨基酸、至多15个氨基酸、至多20个氨基酸、至多25个氨基酸、至多30个氨基酸、至多35个氨基酸或至多40个氨基酸。
在一些实施方案中，所述至少一种第n肽包含基本线性的结构域。在一些实施方案中，所述至少一种第n肽包含非线性结构域。在一些实施方案中，所述至少一种第n肽包含环状结构域。在一些实施方案中，所述至少一个第n表面还包含与其偶联的多种肽，其中所述多种肽中的每种肽被配置为结合至少三种不同的蛋白质。在一些实施方案中，所述至少一种第n多种不同生物分子中的所述至少三种不同的蛋白质包含相同表位。在一些实施方案中，所述至少三种不同的蛋白质包括至少部分地由外显子的相同基因座表达的至少两种蛋白质形式。
在一些方面中，本公开提供了一种用于确定所述生物样品中所述多种生物分子或其所述一部分中的一种或多种生物分子的存在或不存在的方法。在一些实施方案中，所述方法可以利用本文所公开的任一种系统。在一些实施方案中，所述方法包括使生物样品与本文所述的系统中的表面接触以使多种生物分子与偶联至所述表面的肽结合。所述表面可以是本文所公开的任一种表面。在一些实施方案中，所述方法包括将所述多种生物分子或其一部分从所述表面释放。在一些实施方案中，所述方法包括至少鉴定所述多种生物分子或其所述一部分。在一些实施方案中，所述方法包括确定所述生物样品中所述多种生物分子或其所述一部分中的一种或多种生物分子的存在或不存在的方法。
本公开的方法可以包括使生物样品(例如，血浆)与颗粒在适于所述颗粒上的生物分子收集(例如，非共价吸附)的条件下接触。生物分子在所述颗粒的表面上的收集物可以称为‘生物分子冠’。在颗粒上形成的生物分子冠可以包含来自生物样品的生物分子的复杂混合物。所述生物分子冠可以压缩来自样品的生物分子的丰度比，从而实现分析稀释物以及在许多情况下难以分析的生物分子。生物分子冠可以包括从颗粒在其中孵育的样品吸附至所述颗粒的表面的核酸、小分子、蛋白质、脂质、多糖或其任何组合。核酸、小分子、蛋白质、脂质、多糖或其任何组合。
生物分子冠组合物常常与颗粒的表面特性密切相关。本公开提供了用于通过以下方式利用此关系的一系列策略：调制颗粒表面官能化以促进与来自生物样品的特定生物分子子集的结合。颗粒可以包含这样的表面官能化，所述表面官能化促进从样品的不同和非特异性生物分子吸附，并且因此可以生成包括具有完全不同特性的大量生物分子的复杂生物分子冠。颗粒可以包含这样的表面官能化，所述表面官能化具有针对来自样品的特定生物分子的亲和性，并且从而可以将所述颗粒配置为吸附共享共同的化学、物理和/或结构特性的窄范围的生物分子。
寡肽表面官能化提供了用于向颗粒赋予结合特异性或非特异性的程度的柄。寡肽构成能够实现宽范围的物理和化学特性的一系列不同的生物分子。因此，寡肽表面官能化可以将颗粒配置用于混杂生物分子吸附、靶向性生物分子吸附或其中的任何组合。本公开提供了包括用于分级分离和分析生物样品的寡肽官能化颗粒的一系列组合物、系统和方法。
颗粒特性和类型
与本文所公开的方法一致的颗粒类型可以由各种材料制成。例如，与本公开一致的颗粒材料包括金属、聚合物、磁性材料和脂质。磁性颗粒可以是氧化铁颗粒。金属材料的实例包括金、银、铜、镍、钴、钯、铂、铱、锇、铑、钌、铼、钒、铬、锰、铌、钼、钨、钽、铁和镉中的任一种或任何组合，或者US7749299中所述的任何其他材料。与本文所公开的组合物和方法一致的颗粒可以是磁性颗粒，诸如超顺磁性氧化铁纳米颗粒(SPION)。磁性颗粒可以是铁磁性颗粒、亚铁磁性颗粒、顺磁性颗粒、超顺磁性颗粒或其任何组合(例如，颗粒可以包含铁磁性材料和亚铁磁性材料)。颗粒可以包括不同的芯(例如，颗粒的最内部)、壳(例如，颗粒的最外层)以及一个或多个壳(例如，设置在芯与壳之间的颗粒的部分)。颗粒可以包含均匀的组合物。
颗粒可以包含聚合物。聚合物可以构成芯材料(例如，颗粒的芯可以包含颗粒)、层(例如，颗粒可以包括设置在其芯与其壳之间的聚合物层)、壳材料(例如，颗粒的表面可以涂覆有聚合物)或其任何组合。聚合物的实例包括以下中的任一种或任何组合：聚乙烯、聚碳酸酯、聚酸酐、多羟基酸、聚富马酸丙酯、聚己内酯、聚酰胺、聚缩醛、聚醚、聚酯、聚(原酸酯)、聚氰基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚氨酯、聚磷腈、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚氰基丙烯酸酯、聚脲、聚苯乙烯、或多胺、聚亚烷基二醇(例如，聚乙二醇(PEG))、聚酯(例如，聚(丙交酯-共-乙交酯)(PLGA)、聚乳酸或聚己内酯)或两种或更多种聚合物的共聚物，诸如聚亚烷基二醇(例如，PEG)和聚酯(例如，PLGA)的共聚物。聚合物可以包含交联。颗粒中的多种聚合物可以是相分离的，或者可以包含一定程度的相分离。聚合物可以包括脂质封端的聚亚烷基二醇和聚酯，或者US9549901中公开的任何其他材料。
可用于形成本公开的颗粒的脂质的实例包括阳离子脂质、阴离子脂质和中性带电荷脂质。例如，颗粒可以由以下中的任一种或任何组合制成：二油酰基磷脂酰甘油(DOPG)、二酰基磷脂酰胆碱、二酰基磷脂酰乙醇胺、神经酰胺、鞘磷脂、脑磷脂、胆固醇、脑苷脂和二酰基甘油、二油酰基磷脂酰胆碱(DOPC)、二肉豆蔻酰基磷脂酰胆碱(DMPC)和二油酰基磷脂酰基丝氨酸(DOPS)、磷脂酰甘油、心磷脂、二酰基磷脂酰丝氨酸、二酰基膦酸、N-十二烷酰基磷脂酰乙醇胺、N-琥珀酰基磷脂酰乙醇胺、N-戊二酰基磷脂酰乙醇胺、赖氨酰基磷脂酰甘油、棕榈酰基油酰基磷脂酰甘油(POPG)、卵磷脂、溶血卵磷脂、磷脂酰乙醇胺、溶血磷脂酰乙醇胺、二油酰基磷脂酰乙醇胺(DOPE)、二棕榈酰基磷脂酰乙醇胺(DPPE)、二肉豆蔻酰基磷酸乙醇胺(DMPE)、二硬脂酰基-磷脂酰-乙醇胺(DSPE)、棕榈酰基油酰基-磷脂酰乙醇胺(POPE)、棕榈酰基油酰基磷脂酰胆碱(POPC)、卵磷脂酰胆碱(EPC)、二硬脂酰基磷脂酰胆碱(DSPC)、二油酰基磷脂酰胆碱(DOPC)、二棕榈酰基磷脂酰胆碱(DPPC)、二油酰基磷脂酰甘油(DOPG)、二棕榈酰基磷脂酰甘油(DPPG)、棕榈酰基油酰基磷脂酰甘油(POPG)、16-O-单甲基PE、16-O-二甲基PE、18-1-反式PE、棕榈酰基油酰基-磷脂酰乙醇胺(POPE)、1-硬脂酰基-2-油酰基-磷脂酰乙醇胺(SOPE)、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇、鞘磷脂、脑磷脂、心磷脂、磷脂酸、脑苷脂、磷酸二辛酯和胆固醇或者US9445994中所列的任何其他材料，所述专利以引用的方式全文并入本文。
表1中提供了本公开的颗粒的实例。
表1-本公开的示例颗粒
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可以合成本公开的颗粒，或者可以从商业供应商购买本公开的颗粒。例如，与本公开一致的颗粒可以从包括以下的商业供应商购买：西格玛-奥德里奇公司(Sigma-Aldrich)、生命科技公司(Life Technologies)、飞世尔生物科学公司(FisherBiosciences)、nanoComposix、Nanopartz、Spherotech和其他商业供应商。在一些实施方案中，本公开的颗粒可以从商业供应商购买，并且进一步修饰、涂覆或官能化。
本公开的颗粒类型的实例可以是羧酸盐(柠檬酸盐)超顺磁性氧化铁纳米颗粒(SPION)、苯酚-甲醛涂覆的SPION、二氧化硅涂覆的SPION、聚苯乙烯涂覆的SPION、羧化聚(苯乙烯-共-甲基丙烯酸)涂覆的SPION、N-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)二亚乙基三胺涂覆的SPION、聚(N-(3-(二甲基氨基)丙基)甲基丙烯酰胺)(PDMAPMA)涂覆的SPION、1,2,4,5-苯四甲酸涂覆的SPION、聚(乙烯基苄基三甲基氯化铵)(PVBTMAC)涂覆的SPION、羧酸盐、PAA涂覆的SPION、聚(低聚(乙二醇)甲基醚甲基丙烯酸酯)(POEGMA)涂覆的SPION、羧酸盐微米颗粒、聚苯乙烯羧基官能化颗粒、羧酸涂覆的颗粒、二氧化硅颗粒、直径约150nm的羧酸颗粒、直径约0.4-0.6μm的氨基表面微米颗粒、直径约0.1-0.39μm的二氧化硅氨基官能化微米颗粒、直径约0.1-0.39μm的Jeffamine表面颗粒、直径约2.0-2.9μm的聚苯乙烯微米颗粒、二氧化硅颗粒、直径约50nm的具有原始涂层的羧化颗粒、直径约0.13μm的涂覆有基于葡聚糖的涂层的颗粒或具有低酸度的二氧化硅硅烷醇涂覆的颗粒。
可以在一定浓度范围内提供颗粒。颗粒可以包含在100fM与100nM之间的浓度。颗粒可以包含在100fM与10pM之间的浓度。颗粒可以包含在1pM与100pM之间的浓度。颗粒可以包含在10pM与1nM之间的浓度。颗粒可以包含在100pM与10nM之间的浓度。颗粒可以包含在1nM与100nM之间的浓度。可以以一定体积比的比使颗粒与生物样品接触。可以以下述体积比将包含颗粒的溶液与生物样品合并：大于约100:1、约100:1、约80:1、约60:1、约50:1、约40:1、约30:1、约25:1、约20:1、约15:1、约12:1、约10:1、约8:1、约6:1、约5:1、约4:1、约3:1、约5:2、约2:1、约3:2、约1:1、约2:3、约1:2、约2:5、约1:3、约1:4、约1:5、约1:6、约1:8、约1:10、约1:12、约1:15、约1:20、约1:25、约1:30、约1:40、约1:50、约1:60、约1:80、约1:100或小于约1:100。
与本公开一致的颗粒可以具有宽范围的大小。在一些实施方案中，本公开的颗粒可以是纳米颗粒。在一些实施方案中，本公开的纳米颗粒的直径可以是从约10nm至约1000nm。例如，本文所公开的纳米颗粒的直径可以是至少10nm、至少100nm、至少200nm、至少300nm、至少400nm、至少500nm、至少600nm、至少700nm、至少800nm、至少900nm、从10nm至50nm、从50nm至100nm、从100nm至150nm、从150nm至200nm、从200nm至250nm、从250nm至300nm、从300nm至350nm、从350nm至400nm、从400nm至450nm、从450nm至500nm、从500nm至550nm、从550nm至600nm、从600nm至650nm、从650nm至700nm、从700nm至750nm、从750nm至800nm、从800nm至850nm、从850nm至900nm、从100nm至300nm、从150nm至350nm、从200nm至400nm、从250nm至450nm、从300nm至500nm、从350nm至550nm、从400nm至600nm、从450nm至650nm、从500nm至700nm、从550nm至750nm、从600nm至800nm、从650nm至850nm、从700nm至900nm或从10nm至900nm。在一些实施方案中，纳米颗粒的直径可以小于1000nm。
本公开的颗粒可以是微米颗粒。微米颗粒可以是直径从约1μm至约1000μm的颗粒。例如，在此所公开的微米颗粒的直径可以是至少1μm、至少10μm、至少100μm、至少200μm、至少300μm、至少400μm、至少500μm、至少600μm、至少700μm、至少800μm、至少900μm、从10μm至50μm、从50μm至100μm、从100μm至150μm、从150μm至200μm、从200μm至250μm、从250μm至300μm、从300μm至350μm、从350μm至400μm、从400μm至450μm、从450μm至500μm、从500μm至550μm、从550μm至600μm、从600μm至650μm、从650μm至700μm、从700μm至750μm、从750μm至800μm、从800μm至850μm、从850μm至900μm、从100μm至300μm、从150μm至350μm、从200μm至400μm、从250μm至450μm、从300μm至500μm、从350μm至550μm、从400μm至600μm、从450μm至650μm、从500μm至700μm、从550μm至750μm、从600μm至800μm、从650μm至850μm、从700μm至900μm或从10μm至900μm。在一些实施方案中，微米颗粒的直径可以小于1000μm。
表面积与质量之间的比可以是在本公开的方法中的特性的决定因素。例如，颗粒从溶液中吸附的生物分子的数目和类型可能随颗粒的表面积与质量比而变化。本文所公开的颗粒可以具有以下的表面积与质量比：3至30cm2/mg、5至50cm2/mg、10至60cm2/mg、15至70cm2/mg、20至80cm2/mg、30至100cm2/mg、35至120cm2/mg、40至130cm2/mg、45至150cm2/mg、50至160cm2/mg、60至180cm2/mg、70至200cm2/mg、80至220cm2/mg、90至240cm2/mg、100至270cm2/mg、120至300cm2/mg、200至500cm2/mg、10至300cm2/mg、1至3000cm2/mg、20至150cm2/mg、25至120cm2/mg或从40至85cm2/mg。与大颗粒(例如，直径为200nm或更多)相比，小颗粒(例如，直径为50nm或更小)可以具有更高的表面积与质量比。在一些情况(例如，对于小颗粒)下，颗粒可以具有200至1000cm2/mg、500至2000cm2/mg、1000至4000cm2/mg、2000至8000cm2/mg或4000至10000cm2/mg的表面积与质量比。在一些情况(例如，对于大颗粒)下，颗粒可以具有1至3cm2/mg、0.5至2cm2/mg、0.25至1.5cm2/mg或0.1至1cm2/mg的表面积与质量比。
在一些实施方案中，本文所述的组合物和方法的多种颗粒(例如，颗粒包的)可以具有一定范围的表面积与质量比。在一些实施方案中，多种颗粒的表面积与质量比的范围小于100cm2/mg、80cm2/mg、60cm2/mg、40cm2/mg、20cm2/mg、10cm2/mg、5cm2/mg或2cm2/mg。在一些实施方案中，多种颗粒的表面积与质量比在多种颗粒之间变化不超过40％、30％、20％、10％、5％、3％、2％或1％。
在一些实施方案中，多种颗粒(例如，在颗粒包中)可以具有宽范围的表面积与质量比。在一些实施方案中，多种颗粒的表面积与质量比的范围大于100cm2/mg、150cm2/mg、200cm2/mg、250cm2/mg、300cm2/mg、400cm2/mg、500cm2/mg、800cm2/mg、1000cm2/mg、1200cm2/mg、1500cm2/mg、2000cm2/mg、3000cm2/mg、5000cm2/mg、7500cm2/mg、10000cm2/mg或更大。在一些实施方案中，多种颗粒(例如，在包内)的表面积与质量比可以变化超过100％、200％、300％、400％、500％、1000％、10000％或更大。在一些实施方案中，具有宽范围的表面积与质量比的多种颗粒包括至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、15、20种或更多种不同类型的颗粒。
颗粒可以包含广泛的物理特性。颗粒的物理特性可以包括组成、大小、表面电荷、疏水性、亲水性、表面官能化、表面形貌、表面曲率、孔隙率、芯材料、壳材料、形状及其任何组合。
表面官能化可以包括可聚合官能团、带正电荷或带负电荷的官能团、两性离子官能团、酸性或碱性官能团、极性官能团或其任何组合。表面官能化可以包括羧基基团、羟基基团、硫醇基团、氰基基团、硝基基团、铵基团、烷基基团、咪唑鎓基团、锍基团、吡啶鎓基团、吡咯烷鎓基团、鏻基团、氨基丙基基团、胺基团、硼酸基团、N-琥珀酰亚胺基酯基团、PEG基团、链霉亲和素、甲基醚基团、三乙氧基丙基氨基硅烷基团、PCP基团、柠檬酸盐基团、硫辛酸基团、BPEI基团或其任何组合。来自多种颗粒之中的颗粒可以选自：胶束、脂质体、氧化铁颗粒、银颗粒、金颗粒、钯颗粒、量子点、铂颗粒、钛颗粒、二氧化硅颗粒、金属或无机氧化物颗粒、合成聚合物颗粒、共聚物颗粒、三元共聚物颗粒、具有金属芯的聚合物颗粒、具有金属氧化物芯的聚合物颗粒、聚苯乙烯磺酸盐颗粒、聚环氧乙烷颗粒、聚氧乙烯二醇颗粒、聚乙烯亚胺颗粒、聚乳酸颗粒、聚己内酯颗粒、聚乙醇酸颗粒、聚(丙交酯-共-乙交酯聚合物颗粒、纤维素醚聚合物颗粒、聚乙烯吡咯烷酮颗粒、聚乙酸乙烯酯颗粒、聚乙烯吡咯烷酮-乙酸乙烯酯共聚物颗粒、聚乙烯醇颗粒、丙烯酸酯颗粒、聚丙烯酸颗粒、巴豆酸共聚物颗粒、聚乙烯膦酸酯颗粒、聚亚烷基颗粒、羧基乙烯基聚合物颗粒、海藻酸钠颗粒、卡拉胶颗粒、黄原胶颗粒、金合欢胶颗粒、阿拉伯胶颗粒、瓜尔豆胶颗粒、普鲁兰多糖(pullulan)颗粒、琼脂颗粒、壳多糖颗粒、壳聚糖颗粒、果胶颗粒、刺梧桐树胶颗粒、刺槐豆胶颗粒、麦芽糊精颗粒、直链淀粉颗粒、玉米淀粉颗粒、马铃薯淀粉颗粒、水稻淀粉颗粒、木薯淀粉颗粒、豌豆淀粉颗粒、红薯淀粉颗粒、大麦淀粉颗粒、小麦淀粉颗粒、羟丙基化高直链淀粉颗粒、糊精颗粒、果聚糖颗粒、痂囊腔菌聚糖(elsinan)颗粒、谷蛋白颗粒、胶原蛋白颗粒、乳清分离蛋白颗粒、酪蛋白颗粒、乳蛋白颗粒、大豆蛋白颗粒、角蛋白颗粒、聚乙烯颗粒、聚碳酸酯颗粒、聚酸酐颗粒、多羟基酸颗粒、聚富马酸丙脂(polypropylfumerate)颗粒、聚己内酯颗粒、聚胺颗粒、聚缩醛颗粒、聚醚颗粒、聚酯颗粒、聚(原酸酯)颗粒、聚氰基丙烯酸酯颗粒、聚氨酯颗粒、聚磷腈颗粒、聚丙烯酸酯颗粒、聚甲基丙烯酸酯颗粒、聚氰基丙烯酸酯颗粒、聚脲颗粒、聚胺颗粒、聚苯乙烯颗粒、聚(赖氨酸)颗粒、壳聚糖颗粒、葡聚糖颗粒、聚(丙烯酰胺)颗粒、衍生的聚(丙烯酰胺)颗粒、明胶颗粒、淀粉颗粒、壳聚糖颗粒、葡聚糖颗粒、明胶颗粒、淀粉颗粒、聚β-氨基酯颗粒、聚(酰胺基胺)颗粒、聚乳酸-共-乙醇酸颗粒、聚酸酐颗粒、可生物还原的聚合物颗粒和2-(3-氨基丙基氨基)乙醇颗粒及其任何组合。
本公开的颗粒可以通过一种或多种物理化学特性而区分。一种或多种物理化学特性选自：组成、大小、表面电荷、疏水性、亲水性、粗糙度、密度、表面官能化、表面形貌、表面曲率、孔隙率、芯材料、壳材料、形状及其任何组合。表面官能化可以包括大分子官能化、小分子官能化或其任何组合。小分子官能化可以包括氨基丙基官能化、胺官能化、硼酸官能化、羧酸官能化、烷基基团官能化、N-琥珀酰亚胺酯官能化、单糖官能化、磷酸盐糖官能化、硫酸化糖官能化、乙二醇官能化、链霉亲和素官能化、甲基醚官能化、三甲氧基甲硅烷基丙基官能化、二氧化硅官能化、三乙氧基丙基氨基硅烷官能化、硫醇官能化、PCP官能化、柠檬酸盐官能化、硫辛酸官能化、乙烯亚胺官能化。颗粒包可以包括具有多种小分子官能化的多种颗粒，所述多种小分子官能化选自二氧化硅官能化、三甲氧基甲硅烷基丙基官能化、二甲基氨基丙基官能化、磷酸盐糖官能化、胺官能化和羧基官能化。
小分子官能化可以包括极性官能团。极性官能团的非限制性实例包括羧基基团、羟基基团、硫醇基团、氰基基团、硝基基团、铵基团、咪唑鎓基团、锍基团、吡啶鎓基团、吡咯烷鎓基团、鏻基团或其任何组合。在一些实施方案中，官能团是酸性官能团(例如，磺酸基团、羧基基团等)、碱性官能团(例如，氨基基团、环状仲氨基(诸如吡咯烷基基团和哌啶基基团)、吡啶基基团、咪唑基基团、胍基基团等)、氨基甲酰基基团、羟基基团、醛基团等。
小分子官能化可以包括离子或可电离官能团。离子或可电离官能团的非限制性实例包括铵基团、咪唑鎓基团、锍基团、吡啶鎓基团、吡咯烷鎓基团、鏻基团。
小分子官能化可以包括可聚合官能团。可聚合官能团的非限制性实例包括乙烯基基团和(甲基)丙烯酸基团。在一些实施方案中，官能团是丙烯酸吡咯烷基酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯等。
表面官能化可以包括电荷。例如，颗粒可以经官能化以携带净中性表面电荷、净正表面电荷、净负表面电荷或两性离子表面。表面电荷可以是颗粒上收集的生物分子类型的决定因素。因此，优化颗粒包可以包括选择具有不同表面电荷的颗粒，这不仅可以增加在颗粒包上收集的不同蛋白质的数目，而且可以增加鉴定样品的生物状态的可能性。颗粒包可以包括带正电荷的颗粒和带负电荷的颗粒。颗粒包可以包括带正电荷的颗粒和中性颗粒。颗粒包可以包括带正电荷的颗粒和两性离子颗粒。颗粒包可以包括中性颗粒和带负电荷的颗粒。颗粒包可以包括中性颗粒和两性离子颗粒。颗粒包可以包括带负电荷的颗粒和两性离子颗粒。颗粒包可以包括带正电荷的颗粒、带负电荷的颗粒和中性颗粒。颗粒包可以包括带正电荷的颗粒、带负电荷的颗粒和两性离子颗粒。颗粒包可以包括带正电荷的颗粒、中性颗粒和两性离子颗粒。颗粒包可以包括带负电荷的颗粒、中性颗粒和两性离子颗粒。
本公开包括组合物(例如，颗粒包)和方法，其包含在至少一种物理化学特性上不同的两种或更多种颗粒。本发明的组合物或方法可以包含在至少一种物理化学特性上不同的3至6种颗粒。本发明的组合物或方法可以包含在至少一种物理化学特性上不同的4至8种颗粒。本发明的组合物或方法可以包含在至少一种物理化学特性上不同的4至10种颗粒。本发明的组合物或方法可以包含在至少一种物理化学特性上不同的5至12种颗粒。本发明的组合物或方法可以包含在至少一种物理化学特性上不同的6至14种颗粒。本发明的组合物或方法可以包含在至少一种物理化学特性上不同的8至15种颗粒。本发明的组合物或方法可以包含在至少一种物理化学特性上不同的10至20种颗粒。本公开的组合物或方法可以包含至少2种不同的类型颗粒、至少3种不同的类型颗粒、至少4种不同的类型颗粒、至少5种不同的类型颗粒、至少6种不同的类型颗粒、至少7种不同的类型颗粒、至少8种不同的类型颗粒、至少9种不同的类型颗粒、至少10种不同的类型颗粒、至少11种不同的类型颗粒、至少12种不同的类型颗粒、至少13种不同的类型颗粒、至少14种不同的类型颗粒、至少15种不同的类型颗粒、至少20种不同的类型颗粒、至少25种颗粒类型或至少30种不同的类型颗粒。
可以使本公开的颗粒与生物样品(例如，生物流体)接触以形成生物分子冠。可以例如通过离心、超速离心、基于密度或梯度的离心、磁分离、过滤、色谱分离、重力分离、基于电荷的分离、基于柱的分离、基于旋转柱的分离或其任何组合将颗粒和生物分子冠从生物样品中分离。可以将多种颗粒类型中的每一种基于其物理、化学、电荷或磁性特性从生物样品或颗粒混合物中分离。还可以对分离的颗粒和生物分子冠进行蛋白质冠分析。蛋白质冠分析可以包括例如通过质谱鉴定生物分子冠中的一种或多种蛋白质。可以使单一颗粒类型(例如，表1中所列类型的颗粒)与生物样品接触。可以使多种颗粒类型(例如，表1中提供的多种颗粒类型)与生物样品接触。可以将多种颗粒类型在单一样品体积中合并并且与生物样品接触。可以使多种颗粒类型依次与生物样品接触并且在使后续颗粒类型与生物样品接触之前从生物样品中分离。与总蛋白质分析方法相比，生物分子冠的蛋白质冠分析可以压缩分析的动态范围。
本公开的颗粒可用于通过以下方式连续询问样品：将第一颗粒类型与样品一起孵育以在第一颗粒类型上形成生物分子冠，将第一颗粒类型分离，将第二颗粒类型与样品一起孵育以在第二颗粒类型上形成生物分子冠，将第二颗粒类型分离，以及重复询问(通过与样品一起孵育)并且分离任何数目的颗粒类型。连续询问还可以包括从第一颗粒收集生物分子冠的生物分子，并且将生物分子与第二颗粒接触以形成第二生物分子冠。在一些实施方案中，可以通过蛋白质冠分析来分析用于连续询问样品的每种颗粒类型上的生物分子冠。可以在用一种或多种颗粒类型连续询问后分析上清液的生物分子含量。
结合分子颗粒官能化
颗粒的表面官能化可以影响颗粒的生物分子冠的组成。表面官能化可以包括小分子官能化(例如，单糖或萜烯)、寡聚物官能化(例如，寡核苷酸或寡肽)或大分子官能化(例如，蛋白质)。可以将表面官能化直接或间接偶联至颗粒。例如，表面官能化可以共价偶联至金属氧化物或聚合物颗粒表面，或者可以通过接头偶联至颗粒。表面官能化可以包括或偶联至另外的表面官能化。表面官能化可以包括影响其物理、化学或分析物结合特性的化学修饰。例如，寡肽表面官能化可以包括翻译后修饰(或翻译后修饰的化学官能化模拟物)，诸如酪氨酸磷酸化。
表面官能化可以包括结合分子。结合分子可以是小分子、寡聚物或大分子。结合分子可以包含针对一组或一类分析物(例如，多种糖或一类蛋白质)的结合特异性。结合分子可以包含针对所述组或类的分析物的中度结合特异性。相反地，结合分子可以包含针对分析物的一个分组或一类的不亲和性，从而相对于缺乏结合分子的相同颗粒不利于这些物种的结合。例如，结合分子可以包含负电荷分布，所述负电荷分布排斥带负电荷的核酸，从而不利于所述核酸的结合。
结合分子可以包含针对来自样品的分析物的一系列结合特异性。结合特异性可以是分析物-颗粒结合强度和颗粒上和溶液相分析物-分析物结合强度的复函数；结合分子的结合特异性可以测量为结合分子与分析物的分离纯化形式之间的结合强度(例如，解离常数，KD)、结合分子与复杂混合物(例如，其所衍生自的样品)中存在的分析物之间的结合强度；或分析物与包含结合分子的颗粒之间的结合强度。结合分子或多种结合分子可以包含针对多种分析物的至少10M(从而不利于结合)、至少1M、至少100mM、至少10mM、至少1mM(例如，测量为KD)、至少100μM、至少10μM、至少1μM、至少100nM、至少10nM、至少1nM或至少100pM的结合特异性。结合分子或多种结合分子可以包含针对多种分析物的至多10mM、至多1mM(例如，测量为KD)、至多100μM、至多10μM、至多1μM、至多100nM、至多10nM、至多1nM或至多100pM的结合特异性。结合分子或多种结合分子可以包含针对至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9、至少10、至少12、至少15、至少20、至少25、至少30、至少35、至少40、至少50、至少60、至少80、至少100、至少120、至少150、至少180、至少200、至少250、至少300、至少400或至少500种分析物(例如，来自所有已知物种或来自特定样品中存在的物种)的结合特异性。例如，结合分子可以包含针对35种不同的血浆蛋白质的100μM或更小的结合亲和力。结合分子或多种结合分子可以包含针对至多3、至多4、至多5、至多6、至多7、至多8、至多9、至多10、至多12、至多15、至多20、至多25、至多30、至多35、至多40、至多50、至多60、至多80、至多100、至多120、至多150、至多180、至多200、至多250、至多300、至多400或至多500种分析物的结合特异性。结合分子可以包含针对至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9、至少10、至少12、至少15、至少20、至少25、至少30、至少35、至少40、至少50、至少60、至少80、至少100、至少120、至少150、至少180、至少200、至少250、至少300、至少400或至少500种蛋白质(例如，来自所有已知蛋白质或来自特定样品中存在的蛋白质)的结合特异性。结合分子或多种结合分子可以具有针对至多3、至多4、至多5、至多6、至多7、至多8、至多9、至多10、至多12、至多15、至多20、至多25、至多30、至多35、至多40、至多50、至多60、至多80、至多100、至多120、至多150、至多180、至多200、至多250、至多300、至多400或至多500种蛋白质的结合特异性。结合分子或多种结合分子可以包含针对在1与5之间种不同的分析物、在2与10之间种不同的分析物、在5与10之间种不同的分析物、在5与20之间种不同的分析物、在5与30之间种不同的分析物、在5与50之间种不同的分析物、在10与20之间种不同的分析物、在10与30之间种不同的分析物、在10与50之间种不同的分析物、在10与100之间种不同的分析物、在10与200之间种不同的分析物、在10与300之间种不同的分析物、在10与500之间种不同的分析物、在20与40之间种不同的分析物、在20与50之间种不同的分析物、在20与80之间种不同的分析物、在20与100之间种不同的分析物、在20与200之间种不同的分析物、在20与300之间种不同的分析物、在20与500之间种不同的分析物、在30与60之间种不同的分析物、在30与80之间种不同的分析物、在30与100之间种不同的分析物、在30与150之间种不同的分析物、在30与200之间种不同的分析物、在30与250之间种不同的分析物、在30与500之间种不同的分析物、在40与100之间种不同的分析物、在40与200之间种不同的分析物、在50与100之间种不同的分析物、在50与200之间种不同的分析物、在50与300之间种不同的分析物、在50与400之间种不同的分析物、在80与150之间种不同的分析物、在80与200之间种不同的分析物、在80与300之间种不同的分析物、在80与400之间种不同的分析物、在100与200之间种不同的分析物、在100与400之间种不同的分析物或在200与400之间种不同的分析物的结合亲和力。结合分子或多种结合分子可以包含针对在1与5之间种不同的蛋白质、在2与10之间种不同的蛋白质、在5与10之间种不同的蛋白质、在5与20之间种不同的蛋白质、在5与30之间种不同的蛋白质、在5与50之间种不同的蛋白质、在10与20之间种不同的蛋白质、在10与30之间种不同的蛋白质、在10与50之间种不同的蛋白质、在10与100之间种不同的蛋白质、在10与200之间种不同的蛋白质、在10与300之间种不同的蛋白质、在10与500之间种不同的蛋白质、在20与40之间种不同的蛋白质、在20与50之间种不同的蛋白质、在20与80之间种不同的蛋白质、在20与100之间种不同的蛋白质、在20与200之间种不同的蛋白质、在20与300之间种不同的蛋白质、在20与500之间种不同的蛋白质、在30与60之间种不同的蛋白质、在30与80之间种不同的蛋白质、在30与100之间种不同的蛋白质、在30与150之间种不同的蛋白质、在30与200之间种不同的蛋白质、在30与250之间种不同的蛋白质、在30与500之间种不同的蛋白质、在40与100之间种不同的蛋白质、在40与200之间种不同的蛋白质、在50与100之间种不同的蛋白质、在50与200之间种不同的蛋白质、在50与300之间种不同的蛋白质、在50与400之间种不同的蛋白质、在80与150之间种不同的蛋白质、在80与200之间种不同的蛋白质、在80与300之间种不同的蛋白质、在80与400之间种不同的蛋白质、在100与200之间种不同的蛋白质、在100与400之间种不同的蛋白质或在200与400之间种不同的蛋白质的结合亲和力。
颗粒多重复用常常受高丰度分析物饱和度的限制。当多种颗粒共同地从样品中富集高丰度分析物的共同集合时，来自高丰度分析物的共同信号常常减弱来自感兴趣的较低丰度分析物的信号分辨率。结合分子官能化通过跨一定颗粒范围实现差别高丰度分析物收集提供了用于避免此问题的手段。多种颗粒可以包含通过高丰度分析物的独立基团促进结合的多种结合分子官能化。此类多种颗粒并非浓缩高丰度分析物的特定集合，而是可以从样品中选择性地富集多种低丰度分析物(例如，200种低丰度分析物)，从而相对于来自样品的高丰度分析物的丰度增加其丰度。两种颗粒可以在它们具有的结合特异性所针对的分析物的集合之间包含至多95％、至多90％、至多85％、至多80％、至多75％、至多70％、至多65％、至多60％、至多55％、至多50％、至多45％、至多40％、至多35％、至多30％、至多25％、至多20％、至多15％、至多10％或至多5％重叠。两种颗粒可以在它们具有的结合特异性所针对的蛋白质的集合之间包含至多95％、至多90％、至多85％、至多80％、至多75％、至多70％、至多65％、至多60％、至多55％、至多50％、至多45％、至多40％、至多35％、至多30％、至多25％、至多20％、至多15％、至多10％或至多5％重叠。两种颗粒可以在它们具有的结合特异性所针对的高丰度蛋白质的集合之间包含至多95％、至多90％、至多85％、至多80％、至多75％、至多70％、至多65％、至多60％、至多55％、至多50％、至多45％、至多40％、至多35％、至多30％、至多25％、至多20％、至多15％、至多10％或至多5％重叠。
结合分子可以包括小分子、寡聚物、大分子或其组合。大分子结合分子可以包括生物大分子，诸如蛋白质或核酸(例如，100聚体DNA分子)。大分子结合分子可以包括蛋白质、多核苷酸或多糖，或者可以在大小上与此类物种中的任一种可比。例如，大分子结合分子可以包含至少6nm3、至少8nm3、至少12nm3、至少15nm3、至少20nm3、至少30nm3、至少50nm3、至少80nm3、至少120nm3、至少180nm3、至少300nm3、至少500nm3、至少800nm3、至少1200nm3、至少1500nm3或至少2000nm3的体积。大分子官能化可以包含至少15nm2、至少20nm2、至少25nm2、至少40nm2、至少80nm2、至少150nm2、至少300nm2、至少500nm2、至少800nm2、至少1200nm2或至少1500nm2的表面积。
结合分子可以直接附接至颗粒(例如，与颗粒的表面氧化物或表面聚合物共价结合)或者可以经接头系接至颗粒。接头可以将大分子接近于颗粒保持，从而限制其相对于颗粒的运动和重新定向，或者可以使结合分子远离颗粒延伸，从而提供一定范围的构象和平移自由度。接头可以是刚性的(例如，聚烯烃接头)或柔性的(例如，核酸接头)。接头可以长度不超过0.5nm、长度不超过1nm、长度不超过1.5nm、长度不超过2nm、长度不超过3nm、长度不超过4nm、长度不超过5nm、长度不超过8nm或长度不超过10nm。接头可以长度为至少1nm、长度为至少2nm、长度为至少3nm、长度为至少4nm、长度为至少5nm、长度为至少8nm、长度为至少12nm、长度为至少15nm、长度为至少20nm、长度为至少25nm或长度为至少30nm。如此，颗粒上的表面官能化可以突出超过与颗粒相关联的初级冠。表面官能化还可以位于在颗粒表面上形成的生物分子冠之下或之内。
结合分子可以包括与颗粒的特定或可变偶联形式。特定类型的多个结合分子可以包含单一至颗粒的键联类型，或者可以包含多种至颗粒的键联类型。例如，蛋白质或寡肽可以通过其C末端偶联至颗粒，或者可以通过任何数目的氨基酸残基侧链系接至颗粒。例如，肽可以经由其任何赖氨酸丁胺侧链共价附接至颗粒。结合分子可以包含多于一个的至颗粒的键联。例如，寡肽结合分子可以通过其C末端和其N末端两者附接至颗粒。
本公开提供了用于将肽偶联至颗粒的一系列接头。接头可以包含被配置为偶联至肽的第一反应性部分和被配置为偶联至颗粒或偶联至颗粒的反应性部分的第二反应性部分。第一反应性部分可以被配置为偶联至N末端氨基酸、C末端氨基酸、内部氨基酸或其衍生物。用于偶联至肽N末端的第一反应性部分可以包括烯酮、吡啶羧醛、马来酰亚胺、活化酯、迈克尔受体(Michael acceptor)或其任何组合。用于偶联至肽C末端的第一反应性部分可以包括碳二亚胺、异噁唑鎓或其任何组合。用于偶联至内部氨基酸的第一反应性部分可以包括环氧化物(例如，用于偶联至组氨酸侧链)、α-酮醛(例如，用于偶联至精氨酸侧链)、异硫氰酸酯、活化酯(例如，用于偶联至赖氨酸或半胱氨酸侧链)、叠氮化物(例如，用于偶联至芳族侧链部分)、有机碘(例如，用于偶联至半胱氨酸侧链)、丙炔酰胺(例如，用于偶联至半胱氨酸侧链)或其任何组合。
第一反应性部分可以被配置为偶联至活化氨基酸。第一反应性部分可以包括被配置为偶联至高碘酸盐衍生的乙醛酸盐N末端官能化的亲核试剂，诸如硫醇。第一反应性部分可以包括被配置为偶联至α-酮酸衍生的α-二酮N末端官能化的亲核试剂。第一反应性部分可以包括被配置为偶联至酯化或活化(例如，通过脲鎓盐诸如六氟磷酸盐氮杂苯并三唑四甲基脲鎓(HATU)活化)的C末端或侧链羧酸盐的亲核试剂。第一反应性部分可以包括用于偶联至N末端、C末端或内部氨基酸羰基的肟。第一反应性部分可以包括用于偶联至N末端、C末端或内部氨基酸官能化的叠氮化物。第一反应性基团可以包括被配置为偶联至路易斯酸活化的C末端的亲核试剂，诸如伯胺。
第二反应性部分可以包括用于偶联至颗粒衍生的亲核试剂的亲电子基团。第二反应性部分可以包括用于偶联至颗粒衍生的亲核试剂的环氧乙烷、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)酯、马来酰亚胺、脲鎓盐活化的羧酸盐(诸如六氟磷酸盐苯并三唑四甲基脲鎓(HBTU)活化的羧酸盐)、异氰酸酯或其任何组合。例如，第二反应性部分可以包括用于偶联至颗粒衍生的胺的马来酰亚胺。第二反应性部分可以包括用于偶联至颗粒衍生的亲电子试剂诸如烯烃、酯、醛或活化羧酸盐的亲核基团，诸如叠氮化物、肼或胺。第二反应性基团可以包括用于基于点击化学偶联至颗粒衍生的炔烃或叠氮化物的叠氮化物或炔烃。第二反应性部分可以包括被配置为偶联(例如，催化剂介导的交叉偶联)至颗粒衍生的部分的可活化基团，诸如乙烯基卤素。第二反应性部分可以包括用于对颗粒衍生的烯烃的狄尔斯-阿尔德(Diels-Alder)加成的二烯或亲二烯体。
图6提供了用于通过接头将含肽结合分子偶联至颗粒的方法的实例。可以将包含N末端612的肽611与包含第一反应性部分614和第二反应性部分615的双官能接头613(例如包含作为第一反应性部分614的N-羟基琥珀酰亚胺酯和作为第二反应性部分615的马来酰亚胺基团的4-(N-马来酰亚胺基甲基)环己烷-1-羧酸3-磺基-N-羟基琥珀酰亚胺酯(SMCC))组合。双官能接头的第一反应性部分可以偶联620至肽(例如在其N末端612处)，从而产生肽-接头缀合物621。双官能接头的第二反应性部分615然后可以偶联630至颗粒623的反应性基团622(诸如硫醇)，从而将肽-接头缀合物偶联630至颗粒的表面。可替代地，双官能接头第一反应性部分可以偶联至颗粒的反应性基团，并且然后偶联至肽。
图7提供了可用于将结合分子偶联至颗粒的不同长度的接头的实例。颗粒701可以在颗粒表面与反应性柄703包括各种长度接头。结合分子(例如，肽)可以通过双官能接头704偶联至颗粒表面，所述双官能接头包含用于偶联至颗粒反应性柄703的第一位点705和用于偶联至肽的第二基团706。双官能接头可以减少、保持或延伸结合分子与颗粒之间的平均距离。例如，多聚体接头骨架707可用于将结合分子与颗粒进一步分开。
图10提供了具有不同柔性度的接头的实例。接头可以包含高的柔性度。柔性接头1010可以包含具有旋转无约束键(诸如碳-碳和碳-氧单键)的骨架结构。柔性接头的实例包括聚乙二醇1011和聚环氧丙烷1012。接头可以包含刚性度。刚性接头1020可以包含半刚性肽键1021、配置用于π-π堆叠的芳族基团1022或骨架双键或三键。接头可以包含刚性部分和柔性部分。接头可以包含定义的二级或三级结构。
颗粒可以包含一种结合分子(例如，单一类型的寡肽)或多种结合分子。颗粒可以包含单一类型的结合分子、2种类型的结合分子、3种类型的结合分子、4种类型的结合分子、5种类型的结合分子、6种类型的结合分子、7种类型的结合分子、8种类型的结合分子、9种类型的结合分子、10种类型的结合分子、11种类型的结合分子、12种类型的结合分子、15种类型的结合分子、20种类型的结合分子、25种类型的结合分子、30种类型的结合分子、40种类型的结合分子、50种类型的结合分子或大于50种类型的结合分子。颗粒可以包含至少1种类型的结合分子、至少2种类型的结合分子、至少3种类型的结合分子、至少4种类型的结合分子、至少5种类型的结合分子、至少6种类型的结合分子、至少7种类型的结合分子、至少8种类型的结合分子、至少9种类型的结合分子、至少10种类型的结合分子、至少11种类型的结合分子、至少12种类型的结合分子、至少15种类型的结合分子、至少20种类型的结合分子、至少25种类型的结合分子、至少30种类型的结合分子、至少40种类型的结合分子或至少50种类型的结合分子。颗粒可以包含至多1种类型的结合分子、至多2种类型的结合分子、至多3种类型的结合分子、至多4种类型的结合分子、至多5种类型的结合分子、至多6种类型的结合分子、至多7种类型的结合分子、至多8种类型的结合分子、至多9种类型的结合分子、至多10种类型的结合分子、至多11种类型的结合分子、至多12种类型的结合分子、至多15种类型的结合分子、至多20种类型的结合分子、至多25种类型的结合分子、至多30种类型的结合分子、至多40种类型的结合分子或至多50种类型的结合分子。颗粒可以包含1至5种类型的结合分子。颗粒可以包含2至5种类型的结合分子。颗粒可以包含3至5种类型的结合分子。颗粒可以包含4至5种类型的结合分子。颗粒可以包含1至4种类型的结合分子。颗粒可以包含2至4种类型的结合分子。颗粒可以包括3至4种类型的结合分子。颗粒可以包含1至3种类型的结合分子。颗粒可以包含2至3种类型的结合分子。颗粒可以包含受控比的两种或更多种类型的结合分子。例如，颗粒可以以15:4:1的比包含3种不同类型的寡肽。多种类型的结合分子可以均匀分布在颗粒表面上。多种类型的结合分子可以在颗粒表面上包括一定程度的图案化或分离。例如，颗粒可以包含在其表面的第一半球上的第一寡肽表面官能化和在其表面的第二半球的第二寡肽表面官能化。
颗粒可以在其表面上包含一定范围的结合分子密度。颗粒可以包含偶联至其表面的约1至约10、约10至约50、约50至约102、约102至约5x102、约5x102至约103、约103至约5x103、约5x103至约104、约104至约5x104、约5x104至约105、约105至约5x105、约5x105至约106、约106至约5x106、约5x106至约107、至少约102、至少约103、至少约104、至少约105、至少约106、至少约107、至多约107、至多约106、至多约105、至多约104、至多约103或至多约102个结合分子。颗粒可以包含至少约0.5nm、至少约1nm、至少约1.5nm、至少约2nm、至少约2.5nm、至少约3nm、至少约4nm、至少约5nm、至少约6nm、至少约8nm、至少约10nm、至少约12nm、至少约15nm、至少约20nm、至少约25nm、至多约25nm、至多约20nm、至多约15nm、至多约12nm、至多约10nm、至多约8nm、至多约6nm、至多约5nm、至多约4nm、至多约3nm、至多约2.5nm、至多约2nm、至多约1.5nm、至多约1nm或至多约0.5nm的表面结合的结合分子之间的平均间距。颗粒可以包含至少约5个结合分子/nm2颗粒表面积、至少约3个结合分子/nm2颗粒表面积、至少约2个结合分子/nm2颗粒表面积、至少约1个结合分子/nm2颗粒表面积、至少约1个结合分子/1.5nm2颗粒表面积、至少约1个结合分子/2nm2颗粒表面积、至少约1个结合分子/2.5nm2颗粒表面积、至少约1个结合分子/3nm2颗粒表面积、至少约1个结合分子/4nm2颗粒表面积、至少约1个结合分子/5nm2颗粒表面积、至少约1个结合分子/6nm2颗粒表面积、至少约1个结合分子/8nm2颗粒表面积、至少约1个结合分子/10nm2颗粒表面积、至少约1个结合分子/12nm2颗粒表面积、至少约1个结合分子/15nm2颗粒表面积、至少约1个结合分子/20nm2颗粒表面积、至少约1个结合分子/25nm2颗粒表面积、至少约1个结合分子/30nm2颗粒表面积、至少约1个结合分子/40nm2颗粒表面积、至少约1个结合分子/50nm2颗粒表面积、至少约1个结合分子/75nm2颗粒表面积、至少约1个结合分子/100nm2颗粒表面积、至少约1个结合分子/150nm2颗粒表面积、至少约1个结合分子/200nm2颗粒表面积、至少约1个结合分子/250nm2颗粒表面积、至少约1个结合分子/300nm2颗粒表面积、至少约1个结合分子/400nm2颗粒表面积、至少约1个结合分子/500nm2颗粒表面积、至少约1个结合分子/600nm2颗粒表面积或至少约1个结合分子/800nm2颗粒表面积或至少约1个结合分子/1000nm2颗粒表面积的结合分子表面密度。颗粒可以包含至多约5个结合分子/nm2颗粒表面积、至多约3个结合分子s/nm2颗粒表面积、至多约2个结合分子s/nm2颗粒表面积、至多约1个结合分子/nm2颗粒表面积、至多约1个结合分子/1.5nm2颗粒表面积、至多约1个结合分子/2nm2颗粒表面积、至多约1个结合分子/2.5nm2颗粒表面积、至多约1个结合分子/3nm2颗粒表面积、至多约1个结合分子/4nm2颗粒表面积、至多约1个结合分子/5nm2颗粒表面积、至多约1个结合分子/6nm2颗粒表面积、至多约1个结合分子/8nm2颗粒表面积、至多约1个结合分子/10nm2颗粒表面积、至多约1个结合分子/12nm2颗粒表面积、至多约1个结合分子/15nm2颗粒表面积、至多约1个结合分子/20nm2颗粒表面积、至多约1个结合分子/25nm2颗粒表面积、至多约1个结合分子/30nm2颗粒表面积、至多约1个结合分子/40nm2颗粒表面积、至多约1个结合分子/50nm2颗粒表面积、至多约1个结合分子/75nm2颗粒表面积、至多约1个结合分子/100nm2颗粒表面积、至多约1个结合分子/150nm2颗粒表面积、至多约1个结合分子/200nm2颗粒表面积、至多约1个结合分子/250nm2颗粒表面积、至多约1个结合分子/300nm2颗粒表面积、至多约1个结合分子/400nm2颗粒表面积、至多约1个结合分子/500nm2颗粒表面积、至多约1个结合分子/600nm2颗粒表面积或至多约1个结合分子/800nm2颗粒表面积或至多约1个结合分子/1000nm2颗粒表面积的结合分子表面官能化密度。颗粒可以包含足够致密的结合分子表面官能化以防止或最小化其表面与其生物分子冠内的分析物之间的相互作用(例如，接触)。可替代地，颗粒可以包含足够低密度的结合分子表面官能化，以便允许其表面与其生物分子冠分析物之间的直接相互作用(例如，接触)。
结合分子可以包括小分子。小分子可以包含少于600道尔顿、少于500道尔顿、少于400道尔顿、少于300道尔顿、少于200道尔顿或少于100道尔顿的质量。小分子可以包括可电离部分，诸如具有小于6或7的pKa或pKb的化学基团。小分子可以包括小有机分子，诸如醇(例如，辛醇)、胺、烷烃、烯烃、炔烃、杂环(例如，哌啶基基团)、杂芳族基团、硫醇、羧酸盐、羰基、酰胺、酯、硫酯、碳酸盐、硫代碳酸盐、氨基甲酸酯、硫代氨基甲酸酯、尿素、硫脲、卤素、硫酸盐、磷酸盐、单糖、二糖、脂质或其任何组合。例如，小分子官能化可以包括磷酸盐糖、糖酸或硫酸化糖。
寡肽官能化
结合分子可以包括肽。肽是可以包含宽范围的物理和化学特性的广泛且不同的生物分子集合。根据其组成、序列和化学修饰，肽可以是亲水的、疏水的、两亲性的、亲脂性的、疏脂性的、带正电荷的、带负电荷的、两性离子的、中性的、离液性的、反离液性的、反应性的、氧化还原活性的、惰性的、酸性的、碱性的、刚性的、柔性的或其任何组合。因此，肽表面官能化可以向颗粒赋予一系列的物理化学特性。
颗粒可以包含单一肽表面官能化或多种肽表面官能化。单一肽表面官能化可以包括以均一形式与颗粒结合的多个相同的或共享序列的肽。例如，包含单一肽表面官能化的颗粒可以包含约3x105个具有序列丙氨酸-缬氨酸-酪氨酸-脯氨酸-组氨酸-磷酸酪氨酸-羟脯氨酸-苯丙氨酸-色氨酸-丙氨酸-精氨酸的肽，所述肽各自通过其C末端精氨酸偶联至颗粒表面。
多种肽表面官能化可以包括共享共同序列但以多种方式与颗粒结合的多个肽。例如，共享共同序列丙氨酸-赖氨酸-丙氨酸-赖氨酸-丙氨酸-赖氨酸-脯氨酸的多个相同肽当通过任一个赖氨酸残基单独偶联至颗粒时可以向单一颗粒提供多种表面官能化。多种肽表面官能化可以包括共享共同序列但携带不同化学修饰的多个肽。例如，颗粒可以包含共享共同序列但在N末端官能化上不同的多种肽表面官能化。多种肽表面官能化可以包括具有不同长度或序列的肽。
颗粒可以包含任何数目的肽表面官能化。颗粒可以包含单一肽表面官能化。颗粒可以包含至少2种、至少3种、至少4种、至少5种、至少6种、至少8种、至少10种、至少12种、至少15种、至少20种、至少25种、至少30种、至少40种、至少50种、至少80种、至少100种、至少150种、至少200种、至少250种、至少500种、至少103种、至少2x103种、至少5x103种、至少104种、至少5x104种、至少105种、至少5x105种或至少106种类型的肽表面官能化。颗粒可以包含至多106种、至多5x105种、至多105种、至多5x104种、至多104种、至多5x103种、至多103种、至多500种、至多250种、至多200种、至多150种、至多100种、至多80种、至多50种、至多40种、至多30种、至多25种、至多20种、至多15种、至多12种、至多10种、至多8种、至多6种、至多5种、至多4种、至多3种或至多2种类型的肽表面官能化。在一些实施方案中，颗粒的每种肽表面官能化是独特的。这种多种多样的表面官能化可以例如通过相对容易的组合肽合成来实现。因为肽序列多样性随着肽长度指数增长，所以甚至相对短的寡肽的文库可以包含足够的多样性以在统计学上确保在颗粒表面上的独特肽官能化。例如，包含选自20种蛋白原氨基酸的集合的十个氨基酸的肽可以包含超过1013种不同的序列，使得包含长度10的106种随机序列肽的颗粒含有两个相同肽的机率小于10-2％。
肽表面官能化可以以随机或有序形式分布在颗粒表面上。在一些实施方案中，在单一颗粒上的多种肽表面官能化可以是空间上分开的，使得颗粒的第一区域包含第一肽表面官能化并且颗粒的第二区域包含第二表面官能化。
肽表面官能化可以包含一定范围的肽质量或长度。在一些实施方案中，肽表面官能化是氨基酸二聚体表面官能化、氨基酸三聚体表面官能化、寡肽表面官能化(例如，包含约2与约30个氨基酸之间的长度)、多肽表面官能化(例如，包含大于约30个氨基酸的长度)或蛋白质表面官能化(例如，包含定义结构的肽)。多种肽表面官能化可以包括具有相同长度的肽。多种肽表面官能化包括具有不同长度的肽。多种肽表面官能化可以是多种寡肽表面官能化。多种肽表面官能化可以包括长度在5与12个氨基酸之间的肽。多种肽表面官能化可以包括长度在4与8之间、在4与10之间、在4与12之间、在4与15之间、在4与20之间、在4与25之间、在5与8之间、在5与10之间、在5与12之间、在5与15之间、在5与20之间、在5与25之间、在6与8之间、在6与10之间、在6与12之间、在6与15之间、在6与20之间、在6与25之间、在7与10之间、在7与12之间、在7与15之间、在7与20之间、在7与25之间、在8与10之间、在8与12之间、在8与15之间、在8与20之间、在8与25之间、在10与12之间、在10与15之间、在10与20之间、在10与25之间、在12与15之间、在12与20之间、在12与25之间、在15与20之间、在15与25之间、在20与25之间或在20与30之间个氨基酸的肽。
肽表面官能化可以包括氨基酸类型的子集。因为不同的氨基酸类型向肽赋予不同的特性，所以肽表面官能化的特性可以至少部分地通过从有限数目的氨基酸类型构建肽表面官能化来决定。例如，谷氨酸和天冬氨酸倾向于降低它们所附接的肽的等电点，而组氨酸、赖氨酸和精氨酸倾向于提高肽等电点，同时提供亲核特征。肽表面官能化特性并且因此颗粒物理化学表面特性可以通过控制成分氨基酸的类型和类型之间的比来调节。在许多情况下，肽表面官能化将缺乏半胱氨酸残基以防止硫醇亲核行为、氧化还原活性和交联。在许多情况下，肽表面官能化将包括确定的比或比的范围的酸性和碱性侧链以作为用于控制等电点和电荷的手段。肽表面官能化可以不含半胱氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸及其衍生物中的至少一种。肽官能化可以不含半胱氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸及其衍生物中的至少两种。肽官能化可以不含半胱氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸及其衍生物中的至少三种。肽官能化可以不含半胱氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸及其衍生物中的至少四种。肽官能化可以不含半胱氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸及其衍生物。肽可以包含选自以下的氨基酸：丙氨酸、精氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、脯氨酸、丝氨酸、天冬酰胺、苏氨酸、缬氨酸及其衍生物。肽可以包含选自以下的氨基酸：丙氨酸、精氨酸、天冬氨酸、半胱氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、丝氨酸、天冬酰胺、苏氨酸、色氨酸、酪氨酸、缬氨酸及其衍生物。多种肽可以包含至多1、至多2、至多3、至多4、至多5、至多6、至多7、至多8、至多9、至多10、至多11、至多12、至多13、至多14、至多15、至多16、至多17、至多18、至多19或至多20种类型的氨基酸。肽可以包含至多1、至多2、至多3、至多4、至多5、至多6、至多7、至多8、至多9、至多10、至多11、至多12、至多13、至多14、至多15、至多16、至多17、至多18、至多19或至多20种类型的氨基酸。肽可以包含至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9、至少10、至少11、至少12、至少13、至少14、至少15、至少16、至少17、至少18、至少19或至少20种类型的氨基酸。多种肽可以包含至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9、至少10、至少11、至少12、至少13、至少14、至少15、至少16、至少17、至少18、至少19或至少20种类型的氨基酸。
肽官能化可以包含非蛋白原氨基酸。非蛋白原氨基酸可以是蛋白原氨基酸的化学修饰形式。这种化学修饰可以包括酰化、烷基化、酰胺化、脱酰胺化、氨基甲酰化、羰基化、羧化、脱羧、瓜氨酸化、黄素化、糖基化、卤化、羟基化、亚硝基化、氧化、磷酸化、异戊二烯化、外消旋化、还原、琥珀酰化、硫酸化或其任何组合。非蛋白原氨基酸可以包含翻译后修饰。
肽官能化可以向颗粒提供特定等电点。颗粒可以包含偶联至其表面的肽官能化的在2内、在1.5内、在1内、在0.75内、在0.5内、在0.25内或在0.1pH单位内的等电点。方法可以包括在其中颗粒和分析物包含相反电荷或者其中颗粒和分析物两者是中性的pH下形成生物分子冠。方法可以包括通过等电点(例如，通过等电聚焦)分离多种颗粒。肽官能化可以包含在4与10之间的等电点。肽官能化可以包含在7与10之间的等电点。肽官能化可以包含在4与7之间的等电点。肽官能化可以包含在5与10之间的等电点。肽官能化可以包含在6与8之间的等电点。颗粒可以包含具有不同等电点的多种肽官能化。一种肽官能化或多种肽官能化可以向颗粒提供多种pka值。
肽官能化或肽官能化的文库可以由模块单元构建。模块单元可以包括单独的氨基酸、寡聚物单元(诸如包含2与6之间个氨基酸单元的寡肽)或非肽化学或材料单元(诸如琥珀酰基接头)。例如，多个模块单元可以包括具有约1至约6个氨基酸的寡肽。模块单元可以是可生物降解的(例如，被配置用于由生物系统代谢和矿化)。图8A中提供了与本公开一致的模块单元结构的图。模块单元可以包括氨基酸、寡肽、非肽部分(例如，核苷酸)或其任何组合801。模块单元可以是线性或分支的。模块单元可以包含第一反应性柄802和第二反应性柄803。每个反应性柄可以包含不同的偶联特异性。例如，第一反应性柄可以被配置为仅与第三类型的反应性柄偶联，而第二反应性柄可以被配置为仅与第四类型的反应性柄偶联。相反地，两个反应性柄可以共享特异性。例如，第一反应性柄可以被配置为与第三类型或第四类型的反应性柄偶联，而第二反应性柄可以被配置为与第四类型的反应性柄和第五类型的反应性柄偶联。在其他情况下，第一反应性柄与第二反应性柄相同。
模块单元可以从多个模块单元中单独寻址(例如，可以包含来自肽的模块单元的独特化学反应性或物理特性)。两个或更多个模块单元可以通过连接元件连接。这种连接元件可以是非肽的，并且例如可以包括糖、脂质、核酸或烷基骨架以便结合至肽官能化中。独立的模块单元可以被配置为经历位置交换，使得来自第一肽官能化的第一模块单元与来自第一肽官能化或来自第二肽官能化的第二模块单元交换位置。此外，单独的模块单元可以被配置用于去除、修饰(例如，官能团偶联、氧化或还原)或被独立的模块单元取代。可修饰和可取代的模块单元构建块可用于快速生成不同的肽官能化文库。这种肽官能化可以包含7与20之间个氨基酸残基。
图8B中提供了这种模块肽结合分子的实例。肽结合分子804可以偶联至颗粒805。肽结合分子可以包含多个模块单元806。所述单元可以进行分子间(例如，与另一肽结合分子)或分子内交换807，从而提供第一肽结合分子808生成包含共同的模块单元的第二肽结合分子809的机制。
图9提供了具有不同结构构型的肽结合分子的实例。肽结合分子可以包含线性结构，例如901的那种。肽结合分子还可以包含分支或环状结构，如902和903中说明的。
颗粒包(Particle Panel)
本公开提供了用于针对蛋白质测定样品的组合物及其使用方法。本公开提供了用于使用一个或多个表面测定的系统和方法。在一些实施方案中，表面可以包括高表面积材料(诸如纳米颗粒、颗粒或多孔材料)的表面。如本文所用，“表面”可以是指用于测定生物分子的表面。当本文描述颗粒组成、物理特性或其用途时，应理解，在一些情况下，颗粒的表面可以包含相同的组成、相同的物理特性或相同的用途。类似地，当本文描述表面组成、物理特性或其用途时，应理解，颗粒可以包括表面以包含相同的组成、相同的物理特性或相同的用途。本文所述的组合物包括包含一种或多于一种不同的颗粒类型的颗粒包。本文所述的颗粒包在单一包中的颗粒类型的数目和颗粒类型的多样性方面可以变化。例如，包中的颗粒可以基于大小、多分散性、形状和形态、表面电荷、表面化学和功能化以及基底材料而变化。可以将包与待分析蛋白质和蛋白质浓度的样品一起孵育。样品中的蛋白质吸附至颗粒包中不同颗粒类型的表面以形成蛋白质冠。吸附至颗粒包中的某一颗粒类型的确切蛋白质和蛋白质浓度可能依赖于所述颗粒类型的组成、大小和表面电荷。因此，由于吸附不同的蛋白质集合、不同浓度的特定蛋白质或其组合，包中的每种颗粒类型可能具有不同的蛋白质冠。包中的每种颗粒类型可能具有互斥的蛋白质冠，或者可能具有重叠的蛋白质冠。重叠的蛋白质冠可以在蛋白质身份、蛋白质浓度或两者上重叠。
本公开还提供了用于根据样品类型选择要包含在包中的颗粒类型的方法。包含在包中的颗粒类型可以是为去除高丰度蛋白质而优化的颗粒的组合。同样适合包含在包中的颗粒类型是选择用于吸附感兴趣的特定蛋白质的颗粒类型。颗粒可以是纳米颗粒。颗粒可以是微米颗粒。颗粒可以是纳米颗粒和微米颗粒的组合。
包括本文所公开的任何数目的不同颗粒类型的颗粒包富集并鉴定单一蛋白质或蛋白质分组。在一些实施方案中，单一蛋白质或蛋白质分组可以包括具有不同翻译后修饰的蛋白质。例如，颗粒包中的第一颗粒类型可以富集具有第一翻译后修饰的蛋白质或蛋白质分组，颗粒包中的第二颗粒类型可以富集具有第二翻译后修饰的相同蛋白质或相同蛋白质分组，并且颗粒包中的第三颗粒类型可以富集缺乏翻译后修饰的相同蛋白质或相同蛋白质分组。在一些实施方案中，包括本文所公开的任何数目的不同颗粒类型的颗粒包通过结合单一蛋白质或蛋白质分组的不同结构域、序列或表位来富集和鉴定单一蛋白质或蛋白组。例如，颗粒包中的第一颗粒类型可以通过结合蛋白质或蛋白质分组的第一结构域来富集蛋白质或蛋白质分组，并且颗粒包中的第二颗粒类型可以通过结合蛋白质或蛋白质分组的第二结构域来富集相同的蛋白质或蛋白质分组。
颗粒包可以具有多于一种颗粒类型。增加包中颗粒类型的数目可以是用于增加给定样品中可以鉴定的蛋白质数目的方法。图5中示出了增加包大小可以如何增加鉴定蛋白质的数目的实例，其中一种颗粒类型的包大小鉴定了419种不同的蛋白质，两种颗粒类型的包大小鉴定了588种不同的蛋白质，三种颗粒类型的包大小鉴定了727种不同的蛋白质，四种颗粒类型的包大小鉴定了844种蛋白质，五种颗粒类型的包大小鉴定了934种不同的蛋白质，六种颗粒类型的包大小鉴定了1008种不同的蛋白质，七种颗粒类型的包大小鉴定了1075种不同的蛋白质，八种颗粒类型的包大小鉴定了1133种不同的蛋白质，九种颗粒类型的包大小鉴定了1184种不同的蛋白质，10种颗粒类型的包大小鉴定了1230种不同的蛋白质，11种颗粒类型的包大小鉴定了1275种不同的蛋白质，并且12种颗粒类型的包大小鉴定了1318种不同的蛋白质。
颗粒包可以包括具有二氧化硅和聚合物表面的颗粒的组合。例如，颗粒包可以包括涂覆有二氧化硅薄层的SPION、涂覆有聚(二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺)(PDMAPMA)的SPION和涂覆有聚乙二醇(PEG)的SPION。与本公开一致的颗粒包还可以包括选自以下的两种或更多种颗粒：二氧化硅涂覆的SPION、N-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)二亚乙基三胺涂覆的SPION、PDMAPMA涂覆的SPION、羧基官能化聚丙烯酸涂覆的SPION、氨基表面官能化SPION、聚苯乙烯羧基官能化SPION、二氧化硅颗粒和葡聚糖涂覆的SPION。与本公开一致的颗粒包还可以包括选自以下的两种或更多种颗粒：无表面活性剂的羧酸盐微米颗粒、羧基官能化聚苯乙烯颗粒、二氧化硅涂覆的颗粒、二氧化硅颗粒、葡聚糖涂覆的颗粒、油酸涂覆的颗粒、硼化纳米粉末涂覆的颗粒、PDMAPMA涂覆的颗粒、聚(甲基丙烯酸缩水甘油酯-苄胺)涂覆的颗粒和聚(N-[3-(二甲基氨基)丙基]甲基丙烯酰胺-共-[2-(甲基丙烯酰氧)乙基]二甲基-(3-磺基丙基)氢氧化铵P(DMAPMA-共-SBMA)涂覆的颗粒。与本公开一致的颗粒包可以包括二氧化硅涂覆的颗粒、N-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)二亚乙基三胺涂覆的颗粒、聚(N-(3-(二甲基氨基)丙基)甲基丙烯酰胺)(PDMAPMA)涂覆的颗粒、磷酸盐-糖官能化聚苯乙烯颗粒、胺官能化聚苯乙烯颗粒、聚苯乙烯羧基官能化颗粒、泛素官能化聚苯乙烯颗粒、葡聚糖涂覆的颗粒或其任何组合。
与本公开一致的颗粒包可以包括二氧化硅官能化颗粒、胺官能化颗粒、硅醇盐官能化颗粒、羧酸盐官能化颗粒和苄基或苯基官能化颗粒。与本公开一致的颗粒包可以包括二氧化硅官能化颗粒、胺官能化颗粒、硅醇盐官能化颗粒、聚苯乙烯官能化颗粒和糖官能化颗粒。与本公开一致的颗粒包可以包括二氧化硅官能化颗粒、N-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)二亚乙基三胺官能化颗粒、PDMAPMA官能化颗粒、葡聚糖官能化颗粒和聚苯乙烯羧基官能化颗粒。与本公开一致的颗粒包可以包括5种颗粒，包括二氧化硅官能化颗粒、胺官能化颗粒、硅醇盐官能化颗粒。
非特异性结合
表面可以通过可变选择性吸附(例如，在使颗粒与包含生物分子或生物分子分组的生物样品接触时生物分子或生物分子分组的吸附，所述吸附具有根据包括例如颗粒的物理化学特性的因素的可变选择性)或非特异性结合而结合生物分子。非特异性结合可以是指排除特异性结合的一类结合相互作用。特异性结合的实例可以包括蛋白质-配体结合相互作用、抗原-抗体结合相互作用、核酸杂交或模板分子与靶分子之间的结合相互作用，其中模板分子提供有利于包含互补序列或互补3D结构的靶分子的结合，并且不利于不包含互补序列或互补3D结构的非靶分子的结合的序列或3D结构。
非特异性结合可以包括多种多样的化学和物理相互作用和效应中的一种或组合。非特异性结合可以包括电磁力，诸如静电相互作用、伦敦色散力、范德华相互作用或偶极-偶极相互作用(例如，在永久偶极与感应偶极之间)。非特异性结合可以通过共价键诸如二硫键介导。非特异性结合可以通过氢键介导。非特异性结合可以包括疏溶剂效应(例如，疏水性效应)，其中一种物体被溶剂环境排斥，并且被迫至溶剂的边界，诸如另一种物体的表面。非特异性结合可以包括熵效应，诸如在耗尽力中，或者热能升高至临界溶液温度以上(例如，较低的临界溶液温度)。非特异性结合可以包括动能效应，其中一种结合分子可以具有比另一种结合分子更快的结合动力学。
非特异性结合可以包括针对多种靶标(例如，吸附至单一颗粒的至少5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10,000、20,000、30,000、40,000、50,000种不同靶标)的多种非特异性结合亲和力。多种靶标可以具有在大约一个、两个或三个量级内的相似非特异性结合亲和力(例如，如通过非特异性结合自由能、平衡常数、竞争吸附等来测量)。
生物分子可以以各种密度通过表面上的非特异性结合吸附至表面上。在一些实施方案中，生物分子或蛋白质可以以至少约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900或1000fg/mm2的密度吸附。在一些实施方案中，生物分子或蛋白质可以以至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900或1000pg/mm2的密度吸附。在一些实施方案中，生物分子或蛋白质可以以至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900或1000ng/mm2的密度吸附。在一些实施方案中，生物分子或蛋白质可以以至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900或1000μg/mm2的密度吸附。在一些实施方案中，生物分子或蛋白质可以以至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900或1000mg/mm2的密度吸附。在一些实施方案中，生物分子或蛋白质可以以至多约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900或1000fg/mm2的密度吸附。在一些实施方案中，生物分子或蛋白质可以以至多约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900或1000pg/mm2的密度吸附。在一些实施方案中，生物分子或蛋白质可以以至多约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900或1000ng/mm2的密度吸附。在一些实施方案中，生物分子或蛋白质可以以至多约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900或1000μg/mm2的密度吸附。在一些实施方案中，生物分子或蛋白质可以以至多约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900或1000mg/mm2的密度吸附。
吸附的生物分子可以包括各种类型的蛋白质。在一些实施方案中，吸附的蛋白质可以包括至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000或10000种类型的蛋白质。在一些实施方案中，吸附的蛋白质可以包括至多约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000或10000种类型的蛋白质。
在一些实施方案中，生物样品中的蛋白质可以包含至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25或30个量级的浓度。在一些实施方案中，生物样品中的蛋白质可以包含至多约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25或30个量级的浓度。
生物分子冠
本公开提供了用于将生物分子收集在纳米颗粒和微米颗粒(以及其他类型的传感器元件，诸如聚合物基质、过滤器、杆和延伸表面)上的多种组合物、系统和方法。颗粒在与生物样品接触时可以吸附多个生物分子，从而在颗粒的表面上形成生物分子冠。生物分子冠可以包括蛋白质、脂质、核酸、代谢物、糖类、小分子(例如，甾醇)和样品中存在的其他生物物种。包括蛋白质的生物分子冠也可以称为‘蛋白质冠’，并且可以是指吸附至颗粒的所有成分(例如，蛋白质、脂质、核酸和其他生物分子)，或者可以仅是指吸附至颗粒的蛋白质。
图2提供了生物分子形成的示意性概述，其中使多个颗粒221、222和223颗粒与包含生物分子211的生物样品210接触，并且其中每个颗粒将来自生物样品的多种生物分子吸附至其表面230。不同的颗粒可以是不同的颗粒类型(如图中央所描绘，其中顶部、中间和底部的球体代表三种不同的颗粒类型)，使得每个颗粒与其他颗粒在至少一种物理化学特性上不同。物理化学特性的此差异可能导致在颗粒表面上形成不同的蛋白质冠组成。
生物分子冠的组成可能依赖于颗粒的特性。在许多情况下，生物分子冠的组成强烈依赖于颗粒的表面。诸如颗粒表面材料(例如，陶瓷、聚合物、金属、金属氧化物、石墨、二氧化硅等)、表面纹理(粗糙、光滑、沟槽状等)、表面官能化(例如，羧酸盐官能化、胺官能化、小分子(例如，糖类)官能化等)、形状、曲率和大小的特征可以各自独立地充当生物分子冠组成的主要决定因素。除了表面特征之外，颗粒芯组成、颗粒密度和颗粒表面积与质量比可能各自影响生物分子冠组成。例如，包含相同表面和不同芯的两种颗粒在与相同样品接触时可能形成不同的生物分子冠。
生物分子冠的形成也可能受到样品组成的影响。例如，第一样品条件(例如，低盐度)可能有利于特定分析物(例如，骨形态发生蛋白1(BMP1)的同种型)的溶解度，并且从而不利于其在生物分子冠中的结合，而第二样品条件(例如，高盐度)可能降低分析物的溶解度，从而驱动其结合至生物分子冠中。
生物分子冠组成也可能依赖于生物分子它们自己之间的分子水平相互作用。两个生物分子之间能量上有利的相互作用可以促进它们共同结合至生物分子冠中。例如，如果吸附至颗粒的第一蛋白质包含对溶液中的第二蛋白质的亲和性，则第一蛋白质可以结合至第二蛋白质的一部分，从而驱动其与颗粒或颗粒生物分子冠的其他蛋白质结合。类似地，设置在生物分子冠内的第一生物分子可能包含与生物样品中的第二生物分子的能量上不利的相互作用，从而不利于其结合至生物分子冠中。部分由于这些生物分子间的依赖性，生物分子冠为直接和间接感测来自生物样品的生物分子提供了灵敏的平台。
蛋白质分析方法
在一些实施方案中，本公开的方法可以包括使用组合物改善测定。在一些实施方案中，非靶向性测定可以是组合物改善测定。在一些实施方案中，组合物改善测定可以改善对生物样品中的生物分子子集的获取。在一些实施方案中，组合物改善测定可以改善对生物样品中的生物分子子集的检测。在一些实施方案中，组合物改善测定可以改善对生物样品中的生物分子子集的鉴定。在一些实施方案中，生物分子子集可以是低丰度生物分子。在一些实施方案中，生物分子子集可以是稀有生物分子。在一些实施方案中，可以使用组合物改善测定压缩生物样品的动态范围。在一些实施方案中，动态范围可以压缩至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15个量级。
在一些实施方案中，组合物改善测定可以包括提供包括一个或多个表面类型的一个或多个表面区域。在一些实施方案中，组合物改善测定可以包括使生物样品与一个或多个表面区域接触以在一个或多个表面区域上产生吸附生物分子的集合。在一些实施方案中，组合物改善测定可以包括从一个或多个表面区域解吸吸附生物分子的集合的至少一部分以产生蛋白质集合。在一些实施方案中，组合物改善测定可以包括使生物样品与一个或多个表面区域接触以在一个或多个表面区域上捕获生物分子的集合。在一些实施方案中，组合物改善测定可以包括从一个或多个表面区域释放生物分子的集合的至少一部分以产生蛋白质集合。在一些实施方案中，一个或多个表面区域设置在单一连续表面上。在一些实施方案中，一个或多个表面区域设置在一个或多个离散表面上。在一些实施方案中，一个或多个离散表面是一种或多种颗粒的表面。在一些实施方案中，一种或多种颗粒可以包括纳米颗粒。在一些实施方案中，一种或多种颗粒可以包括微米颗粒。在一些实施方案中，一种或多种颗粒可以包括多孔颗粒。在一些实施方案中，一种或多种颗粒可以包括双官能、三官能或N-官能颗粒。
在一些实施方案中，组合物改善测定可以包括提供包括多个表面类型的多个表面区域。在一些实施方案中，组合物改善测定可以包括使生物样品与多个表面区域接触以在多个表面区域上产生吸附生物分子的集合。在一些实施方案中，组合物改善测定可以包括从多个表面区域解吸吸附生物分子的集合的至少一部分以产生蛋白质集合。在一些实施方案中，组合物改善测定可以包括使生物样品与多个表面区域接触以在多个表面区域上捕获生物分子的集合。在一些实施方案中，组合物改善测定可以包括从多个表面区域释放生物分子的集合的至少一部分以产生蛋白质集合。在一些实施方案中，多个表面区域设置在单一连续表面上。在一些实施方案中，多个表面区域设置在多个离散表面上。在一些实施方案中，多个离散表面是多种颗粒的表面。在一些实施方案中，多种颗粒可以包括纳米颗粒。在一些实施方案中，多种颗粒可以包括微米颗粒。在一些实施方案中，多种颗粒可以包括多孔颗粒。在一些实施方案中，多种颗粒可以包括双官能、三官能或N-官能颗粒。
本文所公开的颗粒及其使用方法可以结合生物样品(例如，生物流体)中的大量不同生物分子(例如，蛋白质)。例如，可以将本文所公开的颗粒与生物样品一起孵育以形成包含至少5种不同的蛋白质、至少10种不同的蛋白质、至少15种不同的蛋白质、至少20种不同的蛋白质、至少25种不同的蛋白质、至少30种不同的蛋白质、至少40种不同的蛋白质、至少50种不同的蛋白质、至少60种不同的蛋白质、至少80种不同的蛋白质、100种不同的蛋白质、至少120种不同的蛋白质、至少140种不同的蛋白质、至少160种不同的蛋白质、至少180种不同的蛋白质、至少200种不同的蛋白质、至少220种不同的蛋白质、至少240种不同的蛋白质、至少260种不同的蛋白质、至少280种不同的蛋白质、至少300种不同的蛋白质、至少320种不同的蛋白质、至少340种不同的蛋白质、至少360种不同的蛋白质、至少380种不同的蛋白质、至少400种不同的蛋白质、至少420种不同的蛋白质、至少440种不同的蛋白质、至少460种不同的蛋白质、至少480种不同的蛋白质、至少500种不同的蛋白质、至少520种不同的蛋白质、至少540种不同的蛋白质、至少560种不同的蛋白质、至少580种不同的蛋白质、至少600种不同的蛋白质、至少620种不同的蛋白质、至少640种不同的蛋白质、至少660种不同的蛋白质、至少680种不同的蛋白质、至少700种不同的蛋白质、至少720种不同的蛋白质、至少740种不同的蛋白质、至少760种不同的蛋白质、至少780种不同的蛋白质、至少800种不同的蛋白质、至少820种不同的蛋白质、至少840种不同的蛋白质、至少860种不同的蛋白质、至少880种不同的蛋白质、至少900种不同的蛋白质、至少920种不同的蛋白质、至少940种不同的蛋白质、至少960种不同的蛋白质、至少980种不同的蛋白质、至少1000种不同的蛋白质、至少1100种不同的蛋白质、至少1200种不同的蛋白质、至少1300种不同的蛋白质、至少1400种不同的蛋白质、至少1500种不同的蛋白质、至少1600种不同的蛋白质、至少1800种不同的蛋白质、至少2000种不同的蛋白质、从100至2000种不同的蛋白质、从150至1500种不同的蛋白质、从200至1200种不同的蛋白质、从250至850种不同的蛋白质、从300至800种不同的蛋白质、从350至750种不同的蛋白质、从400至700种不同的蛋白质、从450至650种不同的蛋白质、从500至600种不同的蛋白质、从200至250种不同的蛋白质、从250至300种不同的蛋白质、从300至350种不同的蛋白质、从350至400种不同的蛋白质、从400至450种不同的蛋白质、从450至500种不同的蛋白质、从500至550种不同的蛋白质、从550至600种不同的蛋白质、从600至650种不同的蛋白质、从650至700种不同的蛋白质、从700至750种不同的蛋白质、从750至800种不同的蛋白质、从800至850种不同的蛋白质、从850至900种不同的蛋白质、从900至950种不同的蛋白质、从950至1000种不同的蛋白质或超过1000种不同的蛋白质的蛋白质冠。在一些实施方案中，可以单独或组合使用若干种不同类型的颗粒来鉴定特定生物样品中的大量蛋白质。换句话说，可以将颗粒多重复用以结合和鉴定生物样品中的大量蛋白质。与原始样品的蛋白质分析相比，蛋白质冠分析可以压缩分析的动态范围。
本文所公开的颗粒包可用于在宽动态范围内鉴定本文所公开的不同蛋白质的数目和/或本文所公开的任何特定蛋白质。如本文所用，动态范围可以表示特定类型的最高丰度物种和最低丰度物种的比的log10值。在动态范围内富集或测定物种可以是指这些物种在测定或衍生它们的样品中的丰度。例如，本文所公开的包含不同颗粒类型的颗粒包可以在样品(例如，血浆样品)中存在蛋白质的整个动态范围内富集样品中的蛋白质，这可以使用Proteograph工作流程来鉴定。在一些实施方案中，包括本文所公开的任何数目的不同颗粒类型的颗粒包可以在至少2的动态范围内富集和鉴定蛋白质。在一些实施方案中，包括本文所公开的任何数目的不同颗粒类型的颗粒包可以在至少3的动态范围内富集和鉴定蛋白质。在一些实施方案中，包括本文所公开的任何数目的不同颗粒类型的颗粒包可以在至少4的动态范围内富集和鉴定蛋白质。在一些实施方案中，包括本文所公开的任何数目的不同颗粒类型的颗粒包可以在至少5的动态范围内富集和鉴定蛋白质。在一些实施方案中，包括本文所公开的任何数目的不同颗粒类型的颗粒包可以在至少6的动态范围内富集和鉴定蛋白质。在一些实施方案中，包括本文所公开的任何数目的不同颗粒类型的颗粒包可以在至少7的动态范围内富集和鉴定蛋白质。在一些实施方案中，包括本文所公开的任何数目的不同颗粒类型的颗粒包可以在至少8的动态范围内富集和鉴定蛋白质。在一些实施方案中，包括本文所公开的任何数目的不同颗粒类型的颗粒包可以在至少9的动态范围内富集和鉴定蛋白质。在一些实施方案中，包括本文所公开的任何数目的不同颗粒类型的颗粒包可以在至少10的动态范围内富集和鉴定蛋白质。在一些实施方案中，包括本文所公开的任何数目的不同颗粒类型的颗粒包可以在至少11的动态范围内富集和鉴定蛋白质。在一些实施方案中，包括本文所公开的任何数目的不同颗粒类型的颗粒包可以在至少12的动态范围内富集和鉴定蛋白质。在一些实施方案中，包括本文所公开的任何数目的不同颗粒类型的颗粒包可以在至少13的动态范围内富集和鉴定蛋白质。在一些实施方案中，包括本文所公开的任何数目的不同颗粒类型的颗粒包可以在至少14的动态范围内富集和鉴定蛋白质。在一些实施方案中，包括本文所公开的任何数目的不同颗粒类型的颗粒包可以在至少15的动态范围内富集和鉴定蛋白质。在一些实施方案中，包括本文所公开的任何数目的不同颗粒类型的颗粒包可以在至少20的动态范围内富集和鉴定蛋白质。在一些实施方案中，包括本文所公开的任何数目的不同颗粒类型的颗粒包可以在从2至100的动态范围内富集和鉴定蛋白质。在一些实施方案中，包括本文所公开的任何数目的不同颗粒类型的颗粒包可以在从2至20的动态范围内富集和鉴定蛋白质。在一些实施方案中，包括本文所公开的任何数目的不同颗粒类型的颗粒包可以在从2至10的动态范围内富集和鉴定蛋白质。在一些实施方案中，包括本文所公开的任何数目的不同颗粒类型的颗粒包可以在从2至5的动态范围内富集和鉴定蛋白质。在一些实施方案中，包括本文所公开的任何数目的不同颗粒类型的颗粒包可以在从5至10的动态范围内富集和鉴定蛋白质。
在生物分子冠中收集的生物分子(例如，蛋白质)的数目和类型可能依赖于颗粒与样品一起孵育的时间的量。在许多情况下，生物分子冠形成将具有时间依赖性，使得不同的生物分子集合以不同的速率收集在颗粒上。使此过程进一步复杂化的是，生物分子可能包含时间依赖性吸附或解吸曲线。例如，在生物分子冠形成的第一阶段期间，生物分子可能快速收集在颗粒上，并且随后随着其他生物分子的结合从颗粒缓慢解吸。因此，颗粒与样品接触的时间长度可能影响所得生物分子冠的质量和组成。测定可以在小于2小时内生成生物分子冠。测定可以在小于1.5小时内生成生物分子冠。测定可以在小于1小时内生成生物分子冠。测定可以在小于30分钟内生成生物分子冠。测定可以在小于20分钟内生成生物分子冠。测定可以在小于15分钟内生成生物分子冠。测定可以在小于12分钟内生成生物分子冠。测定可以在小于10分钟内生成生物分子冠。测定可以包括使颗粒与样品一起孵育至少10分钟以生成生物分子冠。测定可以包括使颗粒与样品一起孵育至少12分钟以生成生物分子冠。测定可以包括使颗粒与样品一起孵育至少15分钟以生成生物分子冠。测定可以包括使颗粒与样品一起孵育至少20分钟以生成生物分子冠。测定可以包括使颗粒与样品一起孵育至少30分钟以生成生物分子冠。测定可以包括使颗粒与样品一起孵育至少45分钟以生成生物分子冠。测定可以包括使颗粒与样品一起孵育至少60分钟以生成生物分子冠。测定可以包括使颗粒与样品一起孵育至少90分钟以生成生物分子冠。测定可以包括使颗粒与样品一起孵育至少120分钟以生成生物分子冠。生物分子冠可以包含至少10-11mg的生物分子/平方毫米(mm2)颗粒表面积。生物分子冠可以包含至少5x10-11 mg的生物分子/平方毫米(mm2)颗粒表面积。生物分子冠可以包含至少10-10mg的生物分子/平方毫米(mm2)颗粒表面积。生物分子冠可以包含至少5x10-10 mg的生物分子/平方毫米(mm2)颗粒表面积。生物分子冠可以包含至少10-9mg的生物分子/平方毫米(mm2)颗粒表面积。生物分子冠可以包含至少5x10-9mg的生物分子/平方毫米(mm2)颗粒表面积。生物分子冠可以包含至少10-8mg的生物分子/平方毫米(mm2)颗粒表面积。生物分子冠可以包含至少5x10-8 mg的生物分子/平方毫米(mm2)颗粒表面积。生物分子冠可以包含至少10-7mg的生物分子/平方毫米(mm2)颗粒表面积。生物分子冠可以包含至少10-11mg的蛋白质/平方毫米(mm2)颗粒表面积。生物分子冠可以包含至少5x10-11 mg的蛋白质/平方毫米(mm2)颗粒表面积。生物分子冠可以包含至少10-10mg的蛋白质/平方毫米(mm2)颗粒表面积。生物分子冠可以包含至少5x10-10mg的蛋白质/平方毫米(mm2)颗粒表面积。生物分子冠可以包含至少10-9mg的蛋白质/平方毫米(mm2)颗粒表面积。生物分子冠可以包含至少5x10-9 mg的蛋白质/平方毫米(mm2)颗粒表面积。生物分子冠可以包含至少10-8mg的蛋白质/平方毫米(mm2)颗粒表面积。生物分子冠可以包含至少5x10-8 mg的蛋白质/平方毫米(mm2)颗粒表面积。生物分子冠可以包含至少10-7mg的蛋白质/平方毫米(mm2)颗粒表面积。生物分子冠可以包含相对于样品的扩展或压缩的动态范围。例如，生物分子冠可以在跨越4个量级的丰度范围内收集样品中跨越7个量级浓度的蛋白质，从而压缩所收集的蛋白质的动态范围。
可以对在颗粒上收集的生物分子进行进一步分析。方法可以包括收集生物分子冠或来自生物分子冠的生物分子子集。可以对收集的生物分子冠或收集的来自生物分子冠的生物分子子集进行进一步的基于颗粒的分析(例如，颗粒吸附)。可以对收集的生物分子冠或收集的来自生物分子冠的生物分子子集进行纯化或分级分离(例如，通过色谱法)。可以对收集的生物分子冠或收集的来自生物分子冠的生物分子子集进行分析(例如，通过质谱法)。
图3提供了与本公开一致的基于颗粒的生物分子冠(例如，蛋白质冠)测定的实例。可以使包含多个生物分子302的生物样品(例如，人血浆)301与多个颗粒310接触。在分析之前，可以将样品处理、稀释或分离成多个级分303和304。例如，可以将全血样品分级分离成血浆和红细胞部分。在与颗粒接触时，多个生物分子的子集或全部可以吸附至颗粒，从而形成与颗粒表面结合的生物分子冠320。可以将未结合的生物分子与生物分子冠分离(例如，通过洗涤步骤)。可以从颗粒收集生物分子冠或其子集。可替代地，生物分子冠的生物分子在与颗粒结合时可以片段化或经化学处理。在一些测定中，生物分子(例如，蛋白质)在被设置在生物分子冠中时片段化(例如，消化)，以产生生物分子(例如，肽)片段330。可以例如通过质谱对生物分子(或其经化学处理的或片段化的衍生物)进行分析340，以从生物样品301产生代表生物分子302的数据350。可以分析数据以鉴定生物样品的生物状态。
图4说明了与本公开一致的生物分子冠(例如，蛋白质冠)分析工作流程的实例，其包括：将颗粒与生物样品440(例如，血浆)一起孵育，从而将生物分子从血浆样品中吸附至颗粒以形成生物分子冠；将颗粒-血浆样品混合物分配441至96孔板的多个孔中；颗粒收集442(例如，用磁体)；一个或多个洗涤步骤443，以去除未吸附至颗粒的分析物；将颗粒和吸附至其上的生物分子重悬444；任选地，对生物分子冠进行消化或化学处理445(例如，蛋白质还原和消化)；以及对生物分子冠或衍生自其的生物分子进行分析446(例如，通过液相色谱-质谱(LC-MS)分析)。尽管此实例提供了在96孔板孔上的并行分析，但方法可以包括单一样品体积或范围从两个至数十万个样品体积的多个样品体积。此外，虽然此实例提供了在分配之前使样品与颗粒接触，但方法可以可替代地包括在与颗粒接触之前分配样品(例如，分配至孔板的单独孔中)。在一些实施方案中，可以将样品添加至包括颗粒的分区。例如，可以为孔板提供干燥形式的颗粒、缓冲剂和试剂，使得使用方法可以包括向孔中添加溶液以使颗粒重悬并且溶解缓冲剂和试剂，并且然后向孔中添加样品。
蛋白质冠分析可以包括自动化部件。例如，自动化仪器可以使样品与颗粒或颗粒包接触，鉴定颗粒或颗粒包上的蛋白质(例如，消化颗粒或颗粒包上的蛋白质并且进行质谱分析)，并且生成用于鉴定样品的特定生物分子或生物状态的数据。自动化仪器可以将样品分成多个体积，并且对每个体积进行分析。自动化仪器可以例如通过以下方式分析多个单独的样品：将多个样品设置在孔板中的多个孔内，并且对每个样品进行并行分析。
本文所公开的颗粒包可用于使用本文所述的蛋白质分析工作流(例如，蛋白质冠分析工作流程)鉴定多种蛋白质、肽、蛋白质分组或蛋白质类。蛋白质冠分析可以包括使样品与不同类型颗粒(例如，颗粒包)接触，在不同颗粒类型上形成生物分子冠并且鉴定生物分子冠中的生物分子(例如，通过质谱)。如本文所公开的特征强度是指在质荷比相对于来自样品的质谱运行的强度的曲线图上看到的离散峰值(“特征”)的强度。这些特征可以对应于肽和/或蛋白质的可变离子化片段。使用本文所述的数据分析方法，可以将特征强度分选至蛋白质分组中。蛋白质分组是指通过共享的肽序列鉴定的两种或更多种蛋白质。可替代地，蛋白质分组可以是指使用独特鉴定序列鉴定的一种蛋白质。例如，如果在样品中，测定了两种蛋白质(蛋白质1：XYZZX和蛋白质2：XYZYZ)之间共享的肽序列，则蛋白质分组可以是具有两个成员(蛋白质1和蛋白质2)的“XYZ蛋白质分组”。可替代地，如果肽序列对于单一蛋白质(蛋白质1)是独特的，则蛋白质分组可以是具有一个成员(蛋白质1)的“ZZX”蛋白质分组。每个蛋白质分组可以由多于一种的肽序列支持。根据本公开检测或鉴定的蛋白质可以是指样品中检测的不同蛋白质(例如，使用质谱检测的不同的相关其他蛋白质)。因此，对与颗粒包中不同颗粒类型对应的不同冠中存在的蛋白质进行分析产生大量特征强度。此数目随着将特征强度处理为不同肽而减少，随着将不同肽处理为不同蛋白质进一步减少，并且随着将肽分组为蛋白质分组(共享不同肽序列的两种或更多种蛋白质)进一步减少。
本文所公开的方法包括将一种或多种颗粒类型与一个样品(例如，生物样品或连续询问的样品)或多于一个样品分离。可以使用磁体将颗粒类型与样品快速分离(isolated/separated)。此外，可以并行处理空间隔离的多个样品。因此，本文所公开的方法允许将颗粒类型与样品中的未结合蛋白分离。可以通过多种方式分离颗粒类型，所述多种方式包括但不限于磁分离、离心、过滤或重力分离。可以将颗粒包与多个空间隔离的样品一起孵育，其中每个空间隔离的样品位于孔板(例如，96孔板)中的孔中。孵育后，通过将整个板放置在磁体上，可以将孔板的每个孔中的颗粒类型与空间隔离的样品中存在的未结合蛋白分离。此举同时下拉颗粒包中的超顺磁性颗粒。可以去除每个样品中的上清液以去除未结合的蛋白质。可以重复这些步骤(孵育、下拉)以有效地洗涤颗粒，从而去除样品中可能存在的残留的背景未结合蛋白质。这是一个实例，但本领域技术人员可以设想许多其他场景，其中将超顺磁性颗粒同时与一个或多个空间隔离的样品快速分离。
本公开的方法和组合物通过经由消化颗粒表面上形成的冠来处理蛋白质组数据而提供对生物样品中特定蛋白质的鉴定和测量。可以鉴定和测量的蛋白质的实例包括高丰度蛋白质、中等丰度蛋白质和低丰度蛋白质。低丰度蛋白质可以以处于或低于约10ng/mL的浓度存在于样品中。高丰度蛋白质可以以处于或高于约10μg/mL的浓度存在于样品中。高丰度蛋白质可以以处于或高于约1μM的浓度存在于样品中。高丰度蛋白质可以占样品的蛋白质质量的至少1％、至少0.1％或至少0.05％。中等丰度蛋白质可以以在约10ng/mL与约10μg/mL之间的浓度存在于样品中。人血浆中高丰度的蛋白质的实例包括白蛋白、IgG和占血浆中分析物质量的95％的前14种蛋白质。另外地，可以使用本文所公开的颗粒包在样品中直接检测可以使用常规耗尽柱纯化的任何蛋白质。蛋白质的实例可以是已公布数据库中列出的任何蛋白质，所述已公布数据库诸如Keshishian等人(Mol Cell Proteomics.2015年9月；14(9):2375-93.doi:10.1074/mcp.M114.046813.Epub 2015年2月27日.)、Farr等人(JProteome Res.2014年1月3日；13(1):60-75.doi:10.1021/pr4010037.Epub 2013年12月6日.)或Pernemalm等人(Expert Rev Proteomics.2014年8月；11(4):431-48.doi:10.1586/14789450.2014.901157.Epub 2014年3月24日.)。
本文所公开的方法和组合物还可以阐明蛋白质类或蛋白质类的相互作用。蛋白质类可以包括以下的集合：共享共同功能的蛋白质(例如，胺氧化酶或参与血管生成的蛋白质)；共享共同生理、细胞或亚细胞定位的蛋白质(例如，过氧化物酶体蛋白或膜蛋白)；共享共同辅因子的蛋白质(例如，血红素或黄素蛋白质)；对应于特定生物状态的蛋白质(例如，缺氧相关蛋白质)；含有特定结构基序(例如，cupin折叠)的蛋白质；或具有翻译后修饰的蛋白质(例如，泛素化或瓜氨酸化蛋白质)。蛋白质类可以包含至少2种蛋白质、5种蛋白质、10种蛋白质、20种蛋白质、40种蛋白质、60种蛋白质、80种蛋白质、100种蛋白质、150种蛋白质、200种蛋白质或更多种。
可以使用多种不同的分析技术鉴定、测量和定量生物样品的蛋白质组数据。例如，可以使用SDS-PAGE或任何基于凝胶的分离技术生成蛋白质组学数据。也可以使用免疫测定(诸如ELISA)鉴定、测量和定量肽和蛋白质。可替代地，可以使用质谱、高效液相色谱、LC-MS/MS、埃德曼降解法(Edman Degradation)、免疫亲和技术、其中每个专利以引用的方式全文并入本文的EP3548652、WO2019083856、WO2019133892中公开的方法以及其他蛋白质分离技术鉴定、测量和定量蛋白质组学数据。
测定可以包括颗粒的蛋白质收集、蛋白质消化和质谱分析(例如，MS、LC-MS、LC-MS/MS)。消化可以包括化学消化，诸如通过溴化氰或2-硝基-5-硫氰基苯甲酸(NTCB)。消化可以包括诸如通过胰蛋白酶或胃蛋白酶的酶消化。消化可以包括通过多种蛋白酶的酶消化。消化可以包括选自以下的蛋白酶：胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、Glu C、Lys C、弹性蛋白酶、枯草杆菌蛋白酶、蛋白酶K、凝血酶、因子X、Arg C、木瓜蛋白酶、Asp N、嗜热菌蛋白酶(thermolysine)、胃蛋白酶、天冬氨酰蛋白酶、组织蛋白酶D、锌金属蛋白酶(zincmealloprotease)、糖蛋白内肽酶、脯氨酸、氨基肽酶、异戊二烯蛋白酶、半胱天冬酶、kex2内切蛋白酶或其任何组合。消化可以在随机位置处裂解肽。消化可以在特定位置(例如，在甲硫氨酸或赖氨酸处)或序列(例如，谷氨酸-组氨酸-谷氨酸)处裂解肽。消化可以实现相似蛋白质的辨别。例如，测定可以用第一消化方法将8种不同的蛋白质解析为单一蛋白质分组，并且用第二消化方法将其解析为具有不同信号的8种不同蛋白质。消化可以生成8至15个氨基酸的平均肽片段长度。消化可以生成12至18个氨基酸的平均肽片段长度。消化可以生成15至25个氨基酸的平均肽片段长度。消化可以生成20至30个氨基酸的平均肽片段长度。消化可以生成30至50个氨基酸的平均肽片段长度。
测定可以快速生成和分析蛋白质组数据。从输入生物样品(例如，口腔或鼻腔涂片、血浆或组织)开始，本公开的测定可以在小于7小时内生成和分析蛋白质组数据。从输入生物样品开始，本公开的测定可以在5-7小时内生成和分析蛋白质组数据。从输入生物样品开始，本公开的测定可以在小于5小时内生成和分析蛋白质组数据。从输入生物样品开始，本公开的测定可以在3-5小时内生成和分析蛋白质组数据。从输入生物样品开始，本公开的测定可以在2-4小时内生成和分析蛋白质组数据。从输入生物样品开始，本公开的测定可以在2-3小时内生成和分析蛋白质组数据。从输入生物样品开始，本公开的测定可以在小于3小时内生成和分析蛋白质组数据。从输入生物样品开始，本公开的测定可以在小于2小时内生成和分析蛋白质组数据。分析可以包括鉴定蛋白质分组。分析可以包括鉴定蛋白质类。分析可以包括定量生物分子、肽、蛋白质、蛋白质分组或蛋白质类的丰度。分析可以包括鉴定两种生物分子、肽、蛋白质、蛋白质分组或蛋白质类的丰度比。分析可以包括鉴定生物状态。
动态范围
本文所述的生物分子冠分析方法可以包括在宽动态范围内测定本公开的样品中的生物分子。样品中测定的生物分子的动态范围可以是如通过样品内所含生物分子的测定方法(例如，质谱、色谱、凝胶电泳、光谱或免疫测定)测量的生物分子丰度的测量信号的范围。例如，能够在宽动态范围内检测蛋白质的测定可以检测非常低丰度的蛋白质到非常高丰度的蛋白质。测定的动态范围可以与作为生物分子丰度函数的测定信号强度的斜率直接相关。例如，具有低动态范围的测定可以具有作为生物分子丰度的函数的测定信号强度的低(但正)斜率，例如，对高丰度生物分子所检测的信号与对低丰度生物分子所检测的信号的比对于具有低动态范围的测定而言可能低于具有动态范围的测定。在特定情况下，动态范围可以是指样品或测定方法中蛋白质的动态范围。
本文所述的生物分子冠分析方法可以压缩测定的动态范围。如果作为生物分子丰度函数的测定信号强度的斜率低于另一测定的斜率，则可以相对于所述另一测定压缩测定的动态范围。例如，与单独使用质谱直接在样品上测定的血浆样品相比或与数据库(例如，Keshishian等人,Mol.Cell Proteomics 14,2375–2393(2015)中提供的数据库，本文也称为“Carr数据库”)中提供的血浆蛋白丰度值相比，使用蛋白质冠分析和质谱所测定的血浆样品可以具有压缩的动态范围。与单独使用质谱相比，将生物分子冠分析与质谱一起使用时，压缩的动态范围可以实现生物样品中更低丰度的生物分子的检测。
在一些实施方案中，蛋白质组分析测定的动态范围可以是由最高丰度的蛋白质(例如，按丰度计最高10％的蛋白质)产生的信号与由最低丰度的蛋白质(例如，按丰度计最低10％的蛋白质)产生的信号比。压缩蛋白质组分析的动态范围可以包括相对于第二蛋白质组分析测定中由最高丰度蛋白质产生的信号与由最低丰度蛋白质产生信号比，降低第一蛋白质组分析测定中由最高丰度蛋白质产生的信号与由最低丰度蛋白质产生信号比。本文所公开的蛋白质冠分析测定可以相对于总蛋白质分析方法(例如，质谱、凝胶电泳或液相色谱)的动态范围压缩动态范围。
本文提供了用于压缩生物分子分析测定的动态范围以有利于相对于高丰度生物分子检测低丰度生物分子的若干方法。例如，本公开的颗粒类型可用于连续询问样品。在样品中孵育颗粒类型后，在颗粒类型的表面上形成生物分子冠。如果在不使用所述颗粒类型的情况下直接在样品中检测生物分子(例如通过对样品直接进行质谱分析)，则动态范围可以比在将生物分子引导在颗粒类型的表面上时跨越更宽的浓度范围或更高的量级。因此，使用本文所公开的颗粒类型可用于压缩样品中生物分子的动态范围。在不受理论限制的情况下，由于在颗粒类型的生物分子冠中更多地捕获更高亲和力、更低丰度的生物分子，以及在颗粒类型的生物分子冠内更少地捕获更低亲和力、更高丰度的生物分子，因此可以观察到这种效应。
蛋白质组分析测定的动态范围可以是由作为样品中蛋白质总丰度的函数的蛋白质组分析测定所测量的蛋白质信号的曲线的斜率。压缩动态范围可以包括相对于由作为样品中蛋白质总丰度的函数的第二蛋白质组分析测定所测量的蛋白质信号的曲线的斜率，降低由作为样品中蛋白质总丰度的函数的蛋白质组分析测定所测量的蛋白质信号的曲线的斜率。本文所公开的蛋白质冠分析测定可以相对于总蛋白质分析方法(例如，质谱、凝胶电泳或液相色谱)的动态范围压缩动态范围。
试剂盒
本文提供了试剂盒，其包括可用于进行本公开的方法的本公开的组合物。试剂盒可以包括一种或多种颗粒类型以询问样品，从而鉴定样品的生物状态。在一些实施方案中，试剂盒可以包括表1中提供的颗粒类型。试剂盒可以包括用于官能化颗粒的试剂(例如，用于将小分子官能化系接至颗粒表面的试剂)。试剂盒可以预先包装成离散的等分试样。在一些实施方案中，试剂盒可以包括可用于询问样品的多种不同的颗粒类型。多种颗粒类型可以预先包装，其中多种颗粒类型中的每种颗粒类型被单独包装。可替代地，多种颗粒类型可以包装在一起，以在单一包装中包含颗粒类型的组合。颗粒可以以干燥(例如，冻干)形式提供，或者可以以悬浮液或溶液形式提供。颗粒可以提供在孔板中。例如，试剂盒可以包含8孔板、8-384孔板，其中在孔内提供(例如，密封)颗粒。例如，孔板可以包括至少8、至少16、至少24、至少32、至少40、至少48、至少56、至少64、至少72、至少80、至少88、至少96、至少104、至少112、至少120、至少128、至少136、至少144、至少152、至少160、至少168、至少176、至少184、至少192、至少200、至少208、至少216、至少224、至少232、至少240、至少248、至少256、至少264、至少272、至少280、至少288、至少296、至少304、至少312、至少320、至少328、至少336、至少344、至少352、至少360、至少368、至少376、至少384、至少392、至少400个包含颗粒的孔。这样的孔板中的两个孔可以包含不同的颗粒或不同浓度的颗粒。两个孔可以包含不同的缓冲液或化学条件。例如，孔板可以在每一行孔中提供不同的颗粒，并且在每一列孔中提供不同的缓冲液。孔可以用可拆卸的盖子密封。例如，试剂盒可以包括孔板，所述孔板包括覆盖多个孔的塑料滑托。孔可以用可刺穿的盖子密封。例如，孔可被隔膜覆盖，针头可以刺穿所述隔膜以有利于样品进出孔。
试剂盒可以包括用于在颗粒上生成肽表面官能化的组合物。试剂盒可以包括用于将肽附接至颗粒表面的试剂。试剂可以活化颗粒的表面官能化或部分表面以与肽或接头反应。试剂可以活化肽以与颗粒、颗粒的表面官能化或接头反应。例如，试剂可以化学修饰和增强肽的C末端残基的亲电性，以有利于它们与颗粒衍生的胺的偶联。试剂盒可以包括接头，所述接头包含能够与颗粒上的位点偶联的第一部分和能够与肽上的位点偶联的第二部分。试剂盒可以包括偶联至或被配置为偶联至颗粒或肽的亲和结合试剂(诸如链霉亲和素)和偶联至或被配置为偶联至肽的配体(诸如生物素)。
试剂盒可以包括用于生成多种肽的试剂或组合物。例如，试剂盒可以包括用于从蛋白质样品生成寡肽的蛋白酶，以及用于将由此生成的寡肽偶联至颗粒的手段。试剂盒可以包括用于从头合成肽的试剂，例如用于逐步肽合成的多种α-羧酸盐活化的(例如，TMS衍生化的)氨基酸。
试剂盒可以包括用于官能化肽(诸如偶联至颗粒表面的肽)的试剂。试剂可以在特定残基或部分处化学修饰肽(例如，试剂可以磷酸化颗粒结合的肽的酪氨酸残基)。试剂可以以序列特异性或非特异性方式裂解肽。试剂可以将第一肽偶联至第二肽。
样品
本公开提供了可以使用本文提供的颗粒和方法测定的一系列样品。样品可以是生物样品(例如，衍生自活生物体的样品)。样品可以包括细胞或无细胞的。样品可以包括生物流体，诸如血液、血清、血浆、尿液或脑脊液(CSF)。与本公开一致的样品包括来自对象的生物样品。对象可以是人或非人动物。所述生物样品可以含有多种蛋白质或蛋白质组学数据，可以在蛋白质吸附至包中的各种传感器元件(例如，颗粒)类型的表面并且随后消化白质冠之后对所述蛋白质或蛋白质组学数据进行分析。蛋白质组学数据可以包括核酸、肽或蛋白质。生物流体可以是流态化固体，例如组织匀浆或从生物样品中提取的流体。生物样品可以是例如组织样品或细针抽吸(FNA)样品。生物样品可以是细胞培养样品。例如，生物流体可以是流态化细胞培养物提取物。
宽范围的样品可兼容地用于本公开的方法和组合物内。生物样品可以包括血浆、血清、尿液、脑脊液、滑液、泪液、唾液、全血、牛奶、乳头抽吸物、导管灌洗物、阴道液、鼻液、耳液、胃液、胰液、小梁液、肺灌洗物、汗液、沟液、精液、前列腺液、痰、粪便物、支气管灌洗物、来自拭子的流体、支气管抽吸物、流态化固体、细针抽吸样品、组织匀浆、淋巴液、细胞培养样品或其任何组合。生物样品可以包括多种生物样品(例如，来自多名对象的汇集血浆或来自单一对象的多种组织样品)。生物样品可以包括来自单一来源的单一类型的生物流体或生物材料。
生物样品可以被稀释或预处理。生物样品可以在与颗粒或多种颗粒接触之前或之后经历耗尽(例如，生物样品包含血清)。生物样品也可以在与颗粒或多种颗粒接触之前或之后经历物理(例如，均浆化或超声处理)或化学处理。生物样品可以在与颗粒或多种颗粒接触之前或之后被稀释。稀释介质可以包含缓冲剂或盐，或者是纯净水(例如，蒸馏水)。生物样品的不同分区可以经历不同程度的稀释。生物样品或其一部分可以经历1.1倍、1.2倍、1.3倍、1.4倍、1.5倍、2倍、3倍、4倍、5倍、6倍、8倍、10倍、12倍、15倍、20倍、30倍、40倍、50倍、75倍、100倍、200倍、500倍或1000倍稀释。
本公开的组合物和方法可用于测量、检测和鉴定来自生物样品的特定蛋白质。可以鉴定和测量的蛋白质的实例包括高丰度蛋白质、中等丰度蛋白质和低丰度蛋白质。例如，组合物或方法可以鉴定至少1、至少2、至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少10、至少12、至少15、至少18、至少20、至少25、至少30、至少35、至少40或至少50种人血浆蛋白质，所述人血浆蛋白质选自白蛋白、免疫球蛋白G(IgG)、溶菌酶、癌胚抗原(CEA)、受体酪氨酸蛋白激酶erbB-2(HER-2/neu)、膀胱肿瘤抗原、甲状腺球蛋白、甲胎蛋白、前列腺特定抗原(PSA)、粘蛋白16(CA125)、碳水化合物抗原19-9(CA19.9)、恶性肿瘤抗原15-3(CA15.3)、瘦蛋白、催乳素、骨桥蛋白、胰岛素样生长因子2(IGF-II)、4F2细胞表面抗原重链(CD98)、肌成束蛋白、sPigR、14-3-3η、肌钙蛋白I、B-类型钠尿肽、乳腺癌1型易感蛋白(BRCA1)、c-Myc原癌基因蛋白(c-Myc)、白介素-6(IL-6)、纤维蛋白原、表皮生长因子受体(EGFR)、胃泌素、PH、粒细胞集落刺激因子(G CSF)、结蛋白、烯醇化酶1(NSE)、卵泡刺激激素(folice-stimulating hormone)(FSH)、血管内皮生长因子(VEGF)、P21、增殖细胞核抗原(PCNA)、降钙素、病程相关蛋白(PR)、促黄体激素(LH)、生长抑素S100、胰岛素、α-催乳素、促肾上腺皮质激素(ACTH)、B细胞淋巴瘤2(Bcl 2)、雌激素受体α(ERα)、抗原k(Ki-67)、肿瘤蛋白(p53)、组织蛋白酶D、β连环蛋白、血管性血友病因子(VWF)、CD15、k-ras、半胱天冬酶3、含ENTH结构域蛋白质(EPN)、CD10、FAS、乳腺癌2型易感蛋白(BRCA2)、CD30L、CD30、CGA、CRP、凝血酶原、CD44、APEX、转铁蛋白、GM-CSF、E-钙粘着蛋白、白介素-2(IL-2)、Bax、IFN-γ、β-2-MG、肿瘤坏死因子α(TNFα)、分化簇340、胰蛋白酶、细胞周期蛋白D1、MG B、XBP-1、HG-1、YKL-40、S-γ、血浆铜蓝蛋白、NESP-55、神经导向因子(netrin)-1、孪蛋白(geminin)、GADD45A、CDK-6、CCL21、乳腺癌转移抑制因子1(BrMS1)、17βHDI、血小板衍生的生长因子受体A(PDGRFA)、P300/CBP相关因子(Pcaf)、趋化因子配体5(CCL5)、基质金属蛋白酶-3(MMP3)、紧密连接蛋白-4和紧密连接蛋白-3
生物状态
本文所公开的组合物和方法可用于鉴定特定生物样品中的各种生物状态。例如，生物状态可以是指特定蛋白质或蛋白质集合的升高或低水平。在其他实例中，生物状态可以是指疾病，诸如癌症。颗粒及其使用方法可用于辨别两种生物状态。两种生物状态可以是相关的疾病状态(例如，两种HRAS突变型结肠癌或一种癌症类型的不同分期)。两种生物状态可以是疾病的不同时期，诸如阿尔茨海默氏病前期和中度阿尔茨海默氏病。可以以高准确度(例如，样品群体中准确鉴定生物状态的百分比)辨别两种生物状态。例如，本公开的组合物和方法可以以至少60％准确度、至少70％准确度、至少75％准确度至少80％准确度、至少85％准确度、至少90％准确度、至少95％准确度、至少98％准确度或至少99％准确度辨别两种生物状态。可以以高度特异性(例如，在样品群体中阴性结果是正确鉴定的比例)辨别两种生物状态。例如，本公开的组合物和方法可以以至少60％特异性、至少70％特异性、至少75％特异性、至少80％特异性、至少85％特异性、至少90％特异性、至少95％特异性、至少98％特异性或至少99％特异性辨别两种生物状态。
本文所述的方法、组合物和系统可用于确定疾病状态，和/或预测或诊断疾病或病症。所设想的疾病或病症包括但不限于例如癌症、心血管疾病、内分泌疾病、炎性疾病、神经疾病等。
本文所述的方法、组合物和系统可用于确定、预测和/或诊断癌症疾病状态。术语“癌症”意指涵盖特征在于细胞的异常生长(包括肿瘤和良性生长)的任何癌症、赘生性疾病和肿瘤前疾病。例如，癌症可以是肺癌、胰腺癌或皮肤癌。在许多情况下，本文所述的方法、组合物和系统不仅能够诊断癌症(例如，确定对象是否(a)未患有癌症，(b)处于癌症前发展分期，(c)处于癌症的早期，(d)处于癌症的晚期)，还能够确定癌症的类型。
本公开的方法、组合物和系统另外可用于检测其他癌症，诸如急性成淋巴细胞性白血病(ALL)；急性髓性白血病(AML)；青少年癌症；肾上腺皮质癌；儿童期肾上腺皮质癌；儿童期不常见的癌症；AIDS相关癌症；卡波西(kaposi)肉瘤(软组织肉瘤)；AIDS相关淋巴瘤(淋巴瘤)；原发性中枢神经系统淋巴瘤(淋巴瘤)；肛门癌；阑尾癌-参见胃肠道类癌肿瘤；星形细胞瘤，儿童期(脑癌)；非典型畸胎瘤/横纹肌样肿瘤，儿童期，中枢神经系统(脑癌)；皮肤基底细胞癌-参见皮肤癌；胆管癌；膀胱癌；儿童期膀胱癌；骨癌(包括尤文肉瘤和骨肉瘤以及恶性纤维组织细胞瘤)；脑肿瘤；乳腺癌；儿童期乳腺癌；支气管肿瘤，儿童期；伯基特(burkitt)淋巴瘤-参见非霍奇金淋巴瘤；类癌肿瘤(胃肠道)；儿童期类癌肿瘤；不明原发癌；儿童期不明原发癌；心脏(心)肿瘤，儿童期；中枢神经系统；非典型畸胎瘤/横纹肌样肿瘤，儿童期(脑癌)；胚胎肿瘤，儿童期(脑癌)；生殖细胞肿瘤，儿童期(脑癌)；原发性中枢神经系统淋巴瘤；宫颈癌；儿童期宫颈癌；儿童期癌症；儿童期不常见癌症；肝胆管型肝癌-参见胆管癌；脊索瘤，儿童期；慢性淋巴细胞性白血病(CLL)；慢性粒细胞性白血病(CML)；慢性骨髓增生性肿瘤；结直肠癌；儿童期结直肠癌；颅咽管瘤，儿童期(脑癌)；皮肤t细胞淋巴瘤-参见淋巴瘤(蕈样肉芽肿和赛塞里综合征(sézary syndrome))；导管原位癌(DCIS)-参见乳腺癌；胚胎肿瘤，中枢神经系统，儿童期(脑癌)；子宫内膜癌(子宫癌)；室管膜瘤，儿童期(脑癌)；食道癌；儿童期食道癌；嗅神经母细胞瘤(esthesioneuroblastoma)(头颈癌)；尤文肉瘤(骨癌)；颅外生殖细胞肿瘤，儿童期；性腺外生殖细胞肿瘤；眼癌；儿童期眼内黑色素瘤；眼内黑色素瘤；视网膜母细胞瘤；输卵管癌；骨纤维组织细胞瘤、恶性和骨肉瘤；胆囊癌；胃部(胃)癌；儿童期胃部(胃)癌；胃肠道类癌肿瘤；胃肠道间质肿瘤(GIST)(软组织肉瘤)；儿童期胃肠道间质肿瘤；生殖细胞肿瘤；儿童期中枢神经系统生殖细胞肿瘤(脑癌)；儿童期颅外生殖细胞肿瘤；性腺外生殖细胞肿瘤；卵巢生殖细胞肿瘤；睾丸癌；妊娠滋养细胞疾病；毛细胞白血病；头颈癌；心脏肿瘤，儿童期；肝细胞(肝)癌；组织细胞增多症，朗格汉斯细胞；霍奇金淋巴瘤；下咽癌(头颈癌)；眼内黑色素瘤；儿童期眼内黑色素瘤；胰岛细胞肿瘤、胰腺神经内分泌肿瘤；卡波西肉瘤(软组织肉瘤)；肾(肾细胞)癌；朗格汉斯细胞组织细胞增多症；喉癌(头颈癌)；白血病；唇癌和口腔癌(头颈癌)；肝癌；肺癌(非小细胞和小细胞)；儿童期肺癌；淋巴瘤；男性乳腺癌；骨恶性纤维组织细胞瘤和骨肉瘤；黑色素瘤；儿童期黑色素瘤；黑色素瘤，眼内(眼睛)；儿童期眼内黑色素瘤；梅克尔(merkel)细胞癌(皮肤癌)；间皮瘤，恶性；儿童期间皮瘤；转移性癌症；转移性鳞状颈癌伴隐匿原发性(头颈癌)；伴有nut基因改变的中线癌；口癌(头颈癌)；多发性内分泌肿瘤综合征；多发性骨髓瘤/浆细胞肿瘤；蕈样肉芽肿(淋巴瘤)；骨髓增生异常综合征、骨髓增生异常/骨髓增生性肿瘤；慢性粒细胞性白血病(cml)；急性髓性白血病(aml)；慢性骨髓增生性肿瘤；鼻腔和鼻窦癌(头颈癌)；鼻咽癌(头颈癌)；神经母细胞瘤；非霍奇金淋巴瘤；非小细胞肺癌；口腔癌、唇癌和口腔癌和口咽癌(头颈癌)；骨肉瘤和骨恶性纤维组织细胞瘤；卵巢癌；儿童期卵巢癌；胰腺癌；儿童期胰腺癌；胰腺神经内分泌肿瘤(胰岛细胞肿瘤)；乳头状瘤病(儿童期喉癌)；副神经节瘤；儿童期副神经节瘤；鼻旁窦和鼻腔癌(头颈癌)；甲状旁腺癌；阴茎癌；咽癌(头颈癌)；嗜铬细胞瘤；儿童期嗜铬细胞瘤；垂体肿瘤；浆细胞瘤/多发性骨髓瘤；胸膜肺母细胞瘤；妊娠与乳腺癌；原发性中枢神经系统(CNS)淋巴瘤；原发性腹膜癌；前列腺癌；直肠癌；复发性癌症；肾细胞(肾)癌；视网膜母细胞瘤；横纹肌肉瘤，儿童期(软组织肉瘤)；唾液腺癌(头颈癌)；肉瘤；儿童期横纹肌肉瘤(软组织肉瘤)；儿童期血管肿瘤(软组织肉瘤)；尤文肉瘤(骨癌)；卡波西肉瘤(软组织肉瘤)；骨肉瘤(骨癌)；软组织肉瘤；子宫肉瘤；赛塞里综合征(淋巴瘤)；皮肤癌；儿童期皮肤癌；小细胞肺癌；小肠癌；软组织肉瘤；皮肤鳞状细胞癌-参见皮肤癌；鳞状颈癌伴隐匿性原发性转移性(头颈癌)；胃(胃部)癌；儿童期胃(胃部)癌；t细胞淋巴瘤，皮肤-参见淋巴瘤(蕈样肉芽肿和赛塞里综合征)；睾丸癌；儿童期睾丸癌；喉癌(头颈癌)；鼻咽癌；口咽癌；下咽癌；胸腺瘤和胸腺癌；甲状腺癌；肾盂和输尿管的移行细胞癌(肾(肾细胞)癌)；不明原发癌；儿童期不明原发癌；儿童期不常见的癌症；输尿管和肾盂移行细胞癌(肾(肾细胞)癌；尿道癌；子宫癌，子宫内膜；子宫肉瘤；阴道癌；儿童期阴道癌；血管肿瘤(软组织肉瘤)；外阴癌；肾母细胞瘤和其他儿童期肾肿瘤；或青年人中的癌症。
本公开的方法、组合物和系统可用于检测心血管疾病状态。如本文所用，术语“心血管疾病”(CVD)或“心血管病症”用于分类影响身体的心脏、心脏瓣膜和脉管系统(例如，静脉和动脉)的多种病状，并且涵盖包括但不限于以下的疾病和病状：动脉粥样硬化、心肌梗死、急性冠状动脉综合征、心绞痛、充血性心力衰竭、主动脉瘤、主动脉夹层、髂动脉瘤或股动脉瘤、肺栓塞、心房颤动、中风、短暂性缺血性发作、收缩功能障碍、舒张功能障碍、心肌炎、房性心动过速、心室颤动、心内膜炎、周围血管疾病和冠状动脉疾病(CAD)。此外，术语心血管疾病是指最终具有心血管事件或心血管并发症的对象中的病状，所述心血管事件或心血管并发症是指在对象中由心血管疾病所致的不良病状的表现，诸如心脏性猝死或急性冠状动脉综合征，包括但不限于心肌梗死、不稳定性心绞痛、动脉瘤、中风、心力衰竭、非致死性心肌梗死、中风、心绞痛、短暂性缺血性发作、主动脉瘤、主动脉夹层、心肌病、心导管插入术异常、心脏成像异常、支架或移植物再血管化、经历异常应激试验的风险、经历异常心肌灌注的风险和死亡。
如本文所用，检测、诊断或预测心血管疾病例如动脉粥样硬化的能力可以包括确定患者是否处于心血管疾病的前期、是否已经发展心血管疾病的早期、中度或重度形式，或者已经罹患与心血管疾病相关联的一种或多种心血管事件或并发症。
动脉粥样硬化(也称为动脉硬化性血管病或ASVD)是一种心血管疾病，其中由于含有白细胞的动脉斑块侵袭以及积聚和沉积在动脉壁的最内层上而使动脉壁增厚，从而导致动脉变窄和变硬。动脉斑块是巨噬细胞或碎片的积聚，并且含有脂质(胆固醇和脂肪酸)、钙和可变量的纤维结缔组织。与动脉粥样硬化相关联的疾病包括但不限于动脉粥样硬化血栓形成、冠心病、深部静脉血栓形成、颈动脉疾病、心绞痛、周围动脉疾病、慢性肾病、急性冠状动脉综合征、血管狭窄、心肌梗死、动脉瘤或中风。在一个实施方案中，本公开的自动化装置、组合物和方法可以辨别对象中动脉粥样硬化的不同分期，包括但不限于狭窄的不同程度。
在一些实施方案中，由本公开的方法、组合物或系统检测的疾病或障碍是内分泌疾病。术语“内分泌疾病”用于指与对象的内分泌系统失调相关联的病症。内分泌疾病可能起因于腺体产生过多或过少的内分泌激素而导致激素失衡，或者由于内分泌系统中出现病变(诸如节结或肿瘤)，其可能影响或不影响激素水平。能够被治疗的合适内分泌疾病包括但不限于例如肢端肥大症、爱迪生氏(Addison)病、肾上腺癌、肾上腺病症、间变性甲状腺癌、库兴氏(Cushing's)综合征、狄奎凡氏(De Quervain's)甲状腺炎、糖尿病、滤泡性甲状腺癌、妊娠糖尿病、甲状腺肿、格雷夫斯氏(Graves')病、生长障碍、生长激素缺乏症、桥本氏(Hashimoto's)甲状腺炎、许特耳(Hurthle)细胞甲状腺癌、高血糖症、甲状旁腺功能亢进症、甲状腺功能亢进症、低血糖症、甲状旁腺功能减退症、甲状腺功能减退症、低睾酮、甲状腺髓样癌、MEN 1、MEN 2A、MEN 2B、绝经、代谢综合征、肥胖、骨质疏松症、乳头状甲状腺癌、甲状旁腺疾病、嗜铬细胞瘤、垂体障碍、垂体肿瘤、多囊性卵巢综合征、前驱糖尿病、无症状性甲状腺炎、甲状腺癌、甲状腺疾病、甲状腺结节、甲状腺炎、特纳(Turner)综合征、1型糖尿病、2型糖尿病等。
在一些实施方案中，由本公开的方法、组合物或系统检测的疾病或障碍是炎性疾病。如本文中提及的，炎性疾病是指由对象身体中不受控的炎症所致的疾病。炎症是对象对有害刺激(其可能是外部或内部的，诸如病原体、坏死的细胞和组织、刺激物等)的生物应答。然而，当炎性应答变得异常时，它导致自身组织损伤并且可能导致各种疾病和病症。炎性疾病可以包括但不限于哮喘、血管球性肾炎、炎性肠病、类风湿性关节炎、过敏、骨盆炎性疾病、自身免疫性疾病、关节炎；坏死性小肠结肠炎(NEC)、胃肠炎、骨盆炎性疾病(PID)、肺气肿、胸膜炎、肾盂炎、咽炎、心绞痛、寻常痤疮、尿路感染、阑尾炎、滑囊炎、大肠炎、膀胱炎、皮炎、静脉炎、鼻炎、肌腱炎、扁桃体炎、血管炎、自身免疫性疾病；乳糜泻；慢性前列腺炎、过敏、再灌注损伤；结节病、移植排斥、血管炎、间质性膀胱炎、枯草热、牙周炎、动脉粥样硬化、银屑病、强直性脊柱炎、青少年型特发性关节炎、白塞氏病、脊椎关节炎、葡萄膜炎、全身性红斑狼疮和癌症。例如，关节炎包括类风湿性关节炎、银屑病关节炎、骨关节炎或青少年型特发性关节炎等。
本公开的方法、组合物和系统可以检测神经疾病状态。神经病症或神经疾病可互换使用并且是指脑部、脊柱及连接它们的神经的疾病。神经疾病包括但不限于脑肿瘤、癫痫、帕金森氏病、阿尔茨海默氏病、ALS、动静脉畸形、脑血管疾病、脑动脉瘤、癫痫、多发性硬化症、周围神经病、疱疹后神经痛、中风、额颞叶痴呆、脱髓鞘病(包括但不限于多发性硬化症、德维克氏(Devic's)病(即视神经脊髓炎)、脑桥中央髓鞘溶解、进行性多灶性白质脑病、脑白质营养不良、吉兰-巴雷综合征(Guillain-Barre syndrome)、进行性炎性神经病、夏-马-图三氏病(Charcot-Marie-Tooth disease)、慢性炎性脱髓鞘多神经病和抗MAG周围神经病)等。神经病症还包括免疫介导的神经病症(IMND)，其包括具有免疫系统的与存在于中枢或周围神经系统中的宿主蛋白质反应并且促成疾病病理学的至少一种组分的疾病。IMND可以包括但不限于脱髓鞘病、副肿瘤性神经综合征、免疫介导的脑脊髓炎、免疫介导的自主神经病、重症肌无力、自身抗体相关脑病和急性播散性脑脊髓炎。
本公开的方法、系统和/或装置可以准确地辨别患有阿尔茨海默病或未患有阿尔茨海默氏病的患者。这些还可以检测症状前的并且可能在筛查后数年发展阿尔茨海默氏病的患者。这提供了能够在非常早期，甚至在疾病的发展之前治疗疾病的优点。
本公开的方法、组合物和系统可以检测疾病或病症的病前分期。病前分期是患者尚未发展疾病的任何体征或症状的分期。癌前分期将是在对象中未鉴定出癌症或肿瘤或癌细胞的分期。神经疾病前分期将是个人尚未发展神经疾病的一种或多种症状的分期。在疾病的一种或多种体征或症状存在之前诊断疾病的能力允许密切监测对象，并且能够在非常早期治疗疾病，这增加了能够停止疾病进展或降低疾病的严重程度的前景。
本公开的方法、组合物和系统可以检测疾病或病症的早期。疾病的早期可以是指疾病的最初体征或症状可能在对象体内出现的时间。疾病的早期可能是没有外在体征或症状的分期。例如，在阿尔茨海默氏病中，早期可以是阿尔茨海默氏病前期分期，其中没有检测到症状，但患者将在数月或数年后发展阿尔茨海默氏病。
在疾病前发展或早期状态中鉴定疾病常常可能导致患者的阳性结果的更高可能性。例如，在早期(0期或1期)诊断癌症可以将生存可能性增加超过80％。0期癌症可以描述在癌症已经开始扩散至附近组织之前的癌症。此分期的癌症通常通过用手术移除整个肿瘤而常常是高度可治愈的。1期癌症通常可能是小的癌症或肿瘤，其没有深入生长至附近的组织中并且没有扩散至淋巴结或身体的其他部分。
在一些实施方案中，本公开的方法、组合物和系统能够检测疾病的中间分期。疾病的中间状态描述已经经过了最初体征和症状的疾病分期，并且患者正在经历疾病的一种或多种症状。例如，对于癌症，II或III期癌症被认为是中间分期，表明较大的癌症或肿瘤已经更深入地生长至附近组织中。在一些情况下，II或III期癌症也可能已经扩散至淋巴结，但未扩散至身体的其他部分。
此外，本公开的方法、组合物和系统可以检测疾病的后期或晚期。疾病的后期或晚期也可以被称为“重度的”或“晚期的”，并且通常表明对象正罹患疾病的多种症状和影响。例如，重度分期癌症包括IV期，其中癌症已经扩散至身体的其他器官或部分，并且有时被称为晚期或转移性癌症。
本公开的方法可以包括针对代表多种疾病和/或多种疾病状态的生物分子冠数据集的集合处理样品的生物分子冠数据以确定样品是否指示疾病和/或疾病状态。例如，可以随着时间从对象群体收集样品。一旦对象发展疾病或病症，本公开通过以下方式实现随着时间表征和检测对象中的生物分子指纹变化的能力：在计算上分析来自相同对象的在其发展疾病之前的样品的生物分子指纹至所述对象的在其已经发展疾病之后的生物分子指纹。样品还可以从全部发展相同疾病的患者队列获取，从而允许分析和表征与这些患者的疾病的不同分期(例如从病前状态至疾病状态)相关联的生物分子指纹。
在一些实施方案中，本公开的方法、组合物和系统不仅能够辨别疾病的不同类型，而且能够辨别疾病的不同分期(例如，癌症的早期)。这可以包括辨别健康对象与病前状态对象。病前状态可以是0期或1期癌症、神经退行性疾病、痴呆、冠心病、肾病、心血管疾病(例如，冠状动脉疾病)、糖尿病或肝病。辨别疾病的不同分期可以包括辨别癌症的两种分期(例如，0期与1期或者1期与3期)。
计算机控制系统
本公开提供了被编程以实现本公开的方法的计算机控制系统。图1示出了被编程或以其他方式配置为实现本文提供的方法的计算机系统。计算机系统101可以调节本文所公开的测定的各个方面，所述各个方面能够是自动化的(例如，本文所公开的任何试剂在基底上的移动)。计算机系统101可以是用户的电子设备或相对于电子设备远程定位的计算机系统。电子设备可以是移动电子设备。
计算机系统101包括中央处理单元(CPU，本文也称为“处理器”和“计算机处理器”)105，其可以是单核或多核处理器，或者用于并行处理的多个处理器。计算机系统101还包括存储器或存储位置110(例如，随机存取存储器、只读存储器、闪存)、电子存储单元115(例如，硬盘)、用于与一个或多个其他系统通信的通信接口120(例如，网络适配器)以及外围设备125，诸如高速缓存、其他存储器、数据存储和/或电子显示适配器。存储器110、存储单元115、接口120和外围设备125通过通信总线(实线)(诸如主板)与CPU 105通信。存储单元115可以是用于存储数据的数据存储单元(或数据储存库)。借助于通信接口120，计算机系统101可以可操作地耦合至计算机网络(“网络”)130。网络130可以是互联网、互联网和/或外联网，或与互联网通信的内联网和/或外联网。在一些情况下，网络130是电信和/或数据网络。网络130可以包括一个或多个计算机服务器，其可以实现分布式计算，诸如云计算。在一些情况下，借助于计算机系统101，网络130可以实现对等网络，这可以使得耦合至计算机系统101的设备能够表现为客户端或服务器。
CPU 105可以执行机器可读指令序列，其可以体现在程序或软件中。指令可以存储在存储器位置(诸如存储器110)中。指令可以被引导至CPU 105，其可以随后编程或以其他方式配置CPU 105以实现本公开的方法。由CPU 105执行的操作的实例可以包括提取、解码、执行和写回。
CPU 105可以是电路(诸如集成电路)的一部分。系统101的一个或多个其他部件可以包括在电路中。在一些实施方案中，电路是专用集成电路(ASIC)。
存储单元115可以存储文件，诸如驱动程序、文库和保存的程序。存储单元115可以存储用户数据，例如用户偏好和用户程序。在一些情况下，计算机系统101可以包括在计算机系统101外部(诸如位于通过内联网或互联网与计算机系统101通信的远程服务器上)的一个或多个附加数据存储单元。
计算机系统101可以通过网络130与一个或多个远程计算机系统通信。例如，计算机系统101可以与用户的远程计算机系统通信。远程计算机系统的实例包括个人计算机(例如，便携式PC)、平板(slate/tablet)PC(例如，iPad、/>Galaxy Tab)、电话、智能手机(例如，/>iPhone、支持安卓的设备、/>)或个人数字助理。用户可以经由网络130访问计算机系统101。
如本文所述的方法可以通过存储在计算机系统101的电子存储位置上(例如像，存储在存储器110或电子存储单元115上)的机器(例如，计算机处理器)可执行代码来实现。机器可执行或机器可读代码可以以软件的形式提供。在使用期间，代码可以由处理器105执行。在一些实施方案中，可以从存储单元115检索代码并且将其存储在存储器110上以供处理器105访问。在一些情况下，可以排除电子存储单元115，并且将机器可执行指令存储在存储器110上。
代码可以被预编译和配置用于与具有适于执行代码的处理器的机器一起使用，或者可以在运行时被编译。可以用编程语言提供代码，可以选择所述编程语言以使代码能够以预编译或编译的方式执行。
本文提供的系统和方法的方面(诸如计算机系统101)可以在编程中实现。所述技术的各个方面可以被认为是“产品”或“制品”，其典型地呈机器(或处理器)可执行代码和/或相关数据的形式，所述代码和/或相关数据被携带或体现在一种类型的机器可读介质中。机器可执行代码可以存储在电子存储单元(诸如存储器(例如，只读存储器、随机存取存储器、闪存)或硬盘)上。“存储”类型的介质可以包括计算机、处理器等的任何或所有有形存储器或其相关模块，诸如各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器等，它们可以在任何时候为软件编程提供非暂时性存储。软件的全部或部分有时可以通过因特网或各种其他电信网络进行通信。例如，此类通信可以实现将软件从一台计算机或处理器加载到另一台计算机或处理器中，例如，从管理服务器或主计算机加载到应用服务器的计算机平台中。因此，可以承载软件元件的另一种类型的介质包括光、电和电磁波，诸如通过有线和光学陆线网络以及经过各种空中链路在本地设备之间的物理接口上使用的。携带此类波的物理元件(诸如有线或无线链路、光链路等)也可以被认为是承载软件的介质。如本文所用，除非限于非暂时性的、有形的“存储”介质，否则诸如计算机或机器“可读介质”的术语是指参与向处理器提供指令以供执行的任何介质。
因此，机器可读介质(诸如计算机可执行代码)可以采取许多形式，包括但不限于有形存储介质、载波介质或物理传输介质。非易失性存储介质包括例如光盘或磁盘，诸如任何计算机等中的任何存储设备，诸如可用于实现附图中所示的数据库等。易失性存储介质包括动态存储器，诸如这种计算机平台的主存储器。有形传输介质包括同轴电缆；铜线和光纤，包括构成计算机系统内总线的电线。载波传输介质可以采取电信号或电磁信号的形式，或者声波或光波的形式，诸如在射频(RF)和红外(IR)数据通信期间生成的那些声波或光波。因此，计算机可读介质的常见形式包括例如：软盘、软磁盘、硬盘、磁带、任何其他磁介质、CD-ROM、DVD或DVD-ROM、任何其他光学介质、穿孔卡片纸带、具有孔图案的任何其他物理存储介质、RAM、ROM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储芯片或盒式磁带、传输数据或指令的载波、传输这种载波的电缆或链路，或者计算机可以从中读取编程代码和/或数据的任何其他介质。这些形式的计算机可读介质中的许多可以涉及将一个或多个指令的一个或多个序列携带到处理器以供执行。
计算机系统101可以包括电子显示器135或者与电子显示器135通信，所述电子显示器包括用于提供例如使用本文所公开的方法鉴定的蛋白质的读出的用户界面(UI)140。UI的实例包括但不限于图形用户界面(GUI)和基于网络的用户界面。
本公开的方法和系统可以通过一种或多种算法来实现。算法可以在由中央处理单元105执行时通过软件来实现。
通过本领域已知的方法进行确定、分析或统计分类，所述本领域已知的方法包括但不限于例如多种多样的受监督和无监督的数据分析和聚类方法，诸如层次聚类分析(HCA)、主成分分析(PCA)、偏最小二乘判别分析(PLSDA)、机器学习(也称为随机森林)、逻辑回归、决策树、支持矢量机(SVM)、k最近邻、朴素贝叶斯(naive bayes)、线性回归、多项式回归、用于回归的SVM、K均值聚类和隐马尔可夫(Markov)模型等。计算机系统可以执行分析本公开的蛋白质集合或蛋白质冠的各个方面，例如像比较/分析若干个样品的生物分子冠以用统计意义确定单独生物分子冠之间的共同模式，从而确定与生物状态相关联的蛋白质集合。计算机系统可用于开发分类器，以检测和鉴别不同的蛋白质集合或蛋白质冠(例如，蛋白质冠的组成的特征)。从本文所公开的传感器阵列收集的数据可用于训练机器学习算法，特别是从患者接收阵列测量并且从每名患者输出特定生物分子冠组成的算法。在训练算法之前，可以首先对来自阵列的原始数据进行降噪，以减少单独变量中的可变性。
机器学习可以概括为学习机器在经历了学习数据集之后，对新的、未见的实例/任务精确执行的能力。机器学习可以包括以下概念和方法。监督学习概念可以包括AODE；人工神经网络，诸如反向传播、自动编码器、霍普菲尔德(Hopfield)网络、玻尔兹曼(Boltzmann)机器、受限玻尔兹曼机器和脉冲神经网络；贝叶斯(Bayesian)统计，诸如贝叶斯网络和贝叶斯知识库；基于案例推理；高斯过程回归；基因表达编程；数据分组处理方法(GMDH)；归纳逻辑编程；基于实例的学习；惰性学习；学习自动机；学习矢量量化；逻辑模型树；最小消息长度(决策树、决策图等)，诸如最近邻算法和类比建模；概率近似正确学习(PAC)学习；链波下降规则，一种知识获取方法；符号机器学习算法；支持矢量机；随机森林；分类器集合，诸如引导聚集法(套袋法)和提升法(元算法)；有序分类；信息模糊网络(IFN)；条件随机场；ANOVA；线性分类器，诸如费雪(Fisher's)线性判别准则、线性回归、逻辑回归、多项式逻辑回归、朴素贝叶斯分类器、感知器、支持矢量机；二次分类器；k近邻；提升法；决策树，诸如C4.5、随机森林、ID3、CART、SLIQ SPRINT；贝叶斯网络，诸如朴素贝叶斯；和隐马尔可夫模型。无监督学习概念可以包括期望最大化算法；矢量量化；生成式拓扑映射；信息瓶颈法；人工神经网络，诸如自组织映射；关联规则学习，诸如Apriori算法、Eclat算法和FPgrowth算法；层次聚类，诸如单连锁聚类和概念聚类；聚类分析，诸如K-平均算法、模糊聚类、DBSCAN和OPTICS算法；和离群值检测，诸如局部离群值因子。半监督学习概念可以包括生成模型；低密度分离；基于图的方法；和协同训练。强化学习概念可以包括时序差分学习；Q学习；学习自动机；和SARSA。深度学习概念可以包括：深度信念网络；深度玻尔兹曼机；深度卷积神经网络；深度循环神经网络；和层次时序记忆。计算机系统可以适于实现本文所述的方法。所述系统包括中央计算机服务器，其被编程以实现本文所述的方法。服务器包括中央处理单元(CPU，也称为“处理器”)，其可以是单核处理器、多核处理器或用于并行处理的多个处理器。服务器还包括存储器(例如，随机存取存储器、只读存储器、闪存)；电子存储单元(例如，硬盘)；用于与一个或多个其他系统通信的通信接口(例如，网络适配器)；以及外围设备，其可以包括高速缓存、其他存储器、数据存储器和/或电子显示适配器。存储器、存储单元、接口和外围设备通过通信总线(实线)(诸如主板)与处理器通信。存储单元可以是用于存储数据的数据存储单元。借助于通信接口，服务器可操作地耦合至计算机网络(“网络”)。网络可以是因特网、内联网和/或外联网、与因特网通信的内联网和/或外联网、电信或数据网络。在一些实施方案中，网络可以借助于服务器实现对等网络，所述对等网络可以使耦合至服务器的设备能够表现为客户端或服务器。
存储单元可以存储文件，诸如对象报告和/或与关于个体的数据的通信，或与本公开相关联的数据的任何方面。
计算机服务器可以通过网络与一个或多个远程计算机系统通信。一个或多个远程计算机系统可以是例如个人计算机、笔记本电脑、平板、电话、智能电话或个人数字助理。
在一些应用中，计算机系统包括单一服务器。在其他情况下，系统包括通过内联网、外联网和/或因特网彼此通信的多个服务器。
服务器可以适于存储如本文提供的测量数据或数据库、来自对象的患者信息，例如像病史、家族史、人口统计数据和/或与特定应用潜在相关的其他临床或个人信息。这种信息可以存储在存储单元或服务器上，并且这种数据可以通过网络传输。
如本文所述的方法可以通过存储在服务器的电子存储位置上(例如像，存储在存储器或电子存储单元上)的机器(或计算机处理器)可执行代码(或软件)来实现。在使用期间，代码可以由处理器执行。在一些实施方案中，可以从存储单元检索代码并且将其存储在存储器上以供处理器访问。在一些情况下，可以排除电子存储单元，并且将机器可执行指令存储在存储器上。可替代地，代码可以在第二计算机系统上执行。
本文提供的系统和方法的方面(诸如服务器)可以在编程中实现。所述技术的各个方面可以被认为是“产品”或“制品”，典型地呈机器(或处理器)可执行代码和/或相关数据的形式，其被携带或体现在一种类型的机器可读介质中。机器可执行代码可以存储在电子存储单元(诸如存储器(例如，只读存储器、随机存取存储器、闪存)或硬盘)上。“存储”类型的介质可以包括计算机、处理器等的任何或所有有形存储器或其相关模块，诸如各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器等，它们可以在任何时候为软件编程提供非暂时性存储。软件的全部或部分有时可以通过因特网或各种其他电信网络进行通信。例如，此类通信可以实现将软件从一台计算机或处理器加载到另一台计算机或处理器中，例如，从管理服务器或主计算机加载到应用服务器的计算机平台中。因此，可以承载软件元件的另一种类型的介质包括光、电和电磁波，诸如通过有线和光学陆线网络以及经过各种空中链路在本地设备之间的物理接口上使用的。携带此类波的物理元件(诸如有线或无线链路、光链路等)也可以被认为是承载软件的介质。如本文所用，除非限于非暂时性的、有形的“存储”介质，否则诸如计算机或机器“可读介质”的术语可以是指参与向处理器提供指令以供执行的任何介质。
本文所述的计算机系统可以包括用于执行本文所述的任何算法或基于算法的方法的计算机可执行代码。在一些应用中，本文所述的算法将利用由至少一个数据库组成的存储器单元。
与本公开相关的数据可以经过网络或连接发送，以供接收者接收和/或查看。接收者可以是但不限于报告所涉及的对象；或其护理者，例如健康护理提供者、管理者、其他健康护理专业人员或其他护理者；执行和/或命令分析的个人或实体。接收者也可以是用于存储此类报告的本地或远程系统(例如服务器或“云计算”架构的其他系统)。在一个实施方案中，计算机可读介质包括适合于使用本文所述的方法传输生物样品的分析结果的介质。
本文提供的系统和方法的方面可以在编程中体现。所述技术的各个方面可以被认为是“产品”或“制品”，典型地呈机器(或处理器)可执行代码和/或相关数据的形式，其被携带或体现在一种类型的机器可读介质中。机器可执行代码可以存储在电子存储单元(诸如存储器(例如，只读存储器、随机存取存储器、闪存)或硬盘)上。“存储”类型的介质可以包括计算机、处理器等的任何或所有有形存储器或其相关模块，诸如各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器等，它们可以在任何时候为软件编程提供非暂时性存储。软件的全部或部分有时可以通过因特网或各种其他电信网络进行通信。例如，此类通信可以实现将软件从一台计算机或处理器加载到另一台计算机或处理器中，例如，从管理服务器或主计算机加载到应用服务器的计算机平台中。因此，可以承载软件元件的另一种类型的介质包括光、电和电磁波，诸如通过有线和光学陆线网络以及经过各种空中链路在本地设备之间的物理接口上使用的。携带此类波的物理元件(诸如有线或无线链路、光链路等)也可以被认为是承载软件的介质。如本文所用，除非限于非暂时性的、有形的“存储”介质，否则诸如计算机或机器“可读介质”的术语是指参与向处理器提供指令以供执行的任何介质。
因此，机器可读介质(诸如计算机可执行代码)可以采取许多形式，包括但不限于有形存储介质、载波介质或物理传输介质。非易失性存储介质包括例如光盘或磁盘，诸如任何计算机等中的任何存储设备，诸如可用于实现附图中所示的数据库等。易失性存储介质包括动态存储器，诸如这种计算机平台的主存储器。有形传输介质包括同轴电缆；铜线和光纤，包括构成计算机系统内总线的电线。载波传输介质可以采取电信号或电磁信号的形式，或者声波或光波的形式，诸如在射频(RF)和红外(IR)数据通信期间生成的那些声波或光波。因此，计算机可读介质的常见形式包括例如：软盘、软磁盘、硬盘、磁带、任何其他磁介质、CD-ROM、DVD或DVD-ROM、任何其他光学介质、穿孔卡片纸带、具有孔图案的任何其他物理存储介质、RAM、ROM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储芯片或盒式磁带、传输数据或指令的载波、传输这种载波的电缆或链路，或者计算机可以从中读取编程代码和/或数据的任何其他介质。这些形式的计算机可读介质中的许多可以涉及将一个或多个指令的一个或多个序列携带到处理器以供执行。
使用机器学习对蛋白质冠进行分类
确定与疾病或病症和/或疾病状态相关联的蛋白质集合的方法包括分析至少两个样品的冠。通过本领域已知的方法进行此确定、分析或统计分类，所述本领域已知的方法包括但不限于例如多种多样的受监督和无监督的数据分析、机器学习、深度学习和聚类方法，包括层次聚类分析(HCA)、主成分分析(PCA)、偏最小二乘判别分析(PLS-DA)、随机森林、逻辑回归、决策树、支持矢量机(SVM)、k最近邻、朴素贝叶斯、线性回归、多项式回归、用于回归的SVM、K均值聚类和隐马尔可夫模型等。换而言之，对每个样品的冠中的蛋白质进行相互比较/分析，以用统计意义确定单独冠之间的共同模式，从而确定与疾病或病症或疾病状态相关联的蛋白质集合。
通常，使用机器学习算法来构建模型，所述模型基于描述实例的输入特征将类标签准确地分配给实例。在一些情况下，对于本文所述的方法采用机器学习和/或深度学习方法可能是有利的。例如，机器学习可用于将蛋白质冠与各种疾病状态(例如无疾病、疾病前兆、具有疾病早期或晚期等)相关联。例如，在一些实施方案中，结合本发明的方法采用一个或多个机器学习算法来分析由蛋白质冠和由此衍生的蛋白质集合检测和获得的数据。例如，在一个实施方案中，机器学习可以与本文所述的传感器阵列相结合，以不仅确定对象是否患有癌症前期、癌症或者未患或未发展癌症，还辨别癌症的类型。
除非另外定义，否则本文所用的所有技术术语均具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。除非上下文另外明确指示，否则如本说明书和所附权利要求所使用的单数形式“一个(a)”、“一种(an)”以及“所述(the)”包括复数指示物。除非另有说明，否则本文对“或”的任何引用旨在涵盖“和/或”。
每当术语“至少”、“大于”或“大于或等于”在一系列两个或更多个数值中的第一数值之前时，术语“至少”、“大于”或“大于或等于”适用于此系列数值中的每个数值。例如，大于或等于1、2或3等同于大于或等于1、大于或等于2或大于或等于3。
每当术语“不超过”、“小于”或“小于或等于”或“至多”在一系列两个或更多个数值中的第一数值之前时，术语“不超过”、“小于”或“小于或等于”或“至多”适用于此系列数值中的每个数值。例如，小于或等于3、2或1等同于小于或等于3、小于或等于2或小于或等于1。
如果值被描述为范围，则将理解，这种公开包括公开此范围内所有可能的子范围，以及落在此范围内的特定数值，而不论是否明确声明了特定数值或特定子范围。
实施例1：肽官能化表面的合成
用于肽官能化的SMCC路线：在diH2O中以1mg/mL制备新鲜的磺基-SMCC储备溶液。超声处理和倒置有助于完全溶解粉末。体积可以基于使用的SMCC质量而变化。可以使用2-mL和/或5mL离心管。在短暂超声处理下在40-mL玻璃小瓶中将100mg进料纳米颗粒用19.6mL1x PBS(pH 7.4，2mM)重悬。将400μL磺基-SMCC储备溶液添加至进料并且涡旋混合。将小瓶以50pm旋转2h。将内容物用PBS洗涤两次，并且重悬于19mL PBS中(可能需要短暂超声处理)。
在PBS中制备5mg/mL的新鲜肽溶液。对于一次合成，体积可以基于使用肽的质量而变化。可以使用2-mL和/或5mL离心管。将1mL肽溶液添加至稀释的进料并且在涡旋下轻轻混合。将管以50rpm旋转4h。将内容物用PBS洗涤两次。将NP重悬于0.01mg/mL肽溶液中以进行存储(聚集体应用额外肽分解)。
肽官能化的点击路线：将叠氮化物官能化纳米颗粒在DMF中磁洗涤3次，以除去任何潜在的松散分子，并且然后将它们与选择的20X(质量比)DBCO官能化分子(例如，DBCO-胺)的基于DMF或乙醇的溶液在振荡器上混合以匀浆化。将混合物在50℃下以中等速率振荡保持4-24小时，以推动最大的反应效率。通过在反应完成后DMF洗涤数次淬火最终颗粒，并且将其重悬于乙醇中以进行进一步的步骤。
表2-表4中示出了合成的颗粒。
表2.相比于进料批次由进料批次S-439合成的颗粒的表征数据。
表3.相比于进料批次由进料批次S-408合成的颗粒的表征数据。
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表4.相比于进料批次由进料批次S-437合成的颗粒的表征数据。
实施例2：用肽官能化表面的生物分子测定。
此实施例提供了用于用肽官能化表面进行生物分子测定的方法。
使用XPS的材料分析：XPS(X-射线光电子光谱)是可用于鉴定和定量材料或基底的表面处～10-15nm内存在的元素的表面敏感性分析技术。XPS谱给出关于表面处元素的组成及其化学状态的信息。对NP样品的XPS分析典型地包括样品制备和粉末安装步骤，之后是～150eV下的三次调查扫描(3min)以鉴定存在于表面处的元素的组成。高分辨率扫描还将提供关于表面处单独元素的化学状态和电子结构的另外信息。
Proteograph和数据分析：肽偶联的NP在Proteograph工作流程中按设计使用，无需修改方法。简而言之，将NP与生物样品(血浆)一起孵育30-60分钟，洗涤以除去未结合的蛋白质，并且然后进行胰蛋白酶消化。分离胰蛋白酶肽并且将其制备用于LC-MS/MS。然后对数据进行处理以评价特定的蛋白质，图17表示针对每种NP所检测的总蛋白质分组。所鉴定的蛋白质分组的数目范围在400与600之间。每种颗粒能够捕获彼此不同的生物分子，如图20-图22中所示。
实施例3：肽设计的预测性实施例
此实施例提供了用于设计肽序列的预测性实施例。
可以通过选择感兴趣的蛋白质靶标开始。例如，感兴趣的蛋白质靶标可以例如是与癌症相关联或怀疑与癌症相关联的蛋白质分组。
在不同个体中，蛋白质分组中的蛋白质可能差异表达。例如，在个体之间，蛋白质可能具有突变、剪接变异、翻译后修饰、错误折叠或任何其他变化。
可以搜索蛋白质数据库以查找已知结合蛋白质分组中的一种蛋白质的蛋白质或肽。适当的数据库可以是蛋白质数据库。
可以考虑蛋白质或肽的序列的变异用于筛选。变异可以包括：截短、延伸、突变或化学修饰蛋白质或肽序列。可以在用于结合的结合位点处或附近改变蛋白质或肽。蛋白质或肽可以在远离用于结合的结合位点的位置处。可以使用计算机模拟筛选来筛选变异以选择对于结合蛋白质分组中的多种蛋白质具有最高预期表现的那些。
计算机模拟筛选可以使用例如分子动力学模拟进行。可以在结合态与未结合态之间进行对接模拟(例如，热力学积分)以估计结合的自由能。例如，如果肽与蛋白质中的蛋白质之间结合的自由能是很特异性的(例如，如图11B中所描绘)，则可以筛选出肽设计。例如，如果肽与蛋白质中的蛋白质之间结合的自由能相对于热能很小，则可以筛选出肽设计。
尽管本文已经示出和描述了本发明的优选实施方案，但对于本领域技术人员明显的是，此类实施方案仅通过举例的方式提供。本发明并不旨在受本说明书内提供的具体实施例的限制。虽然已经参考上述具体说明描述了本发明，但是对本文中实施方案的描述和说明不意在以限制性意义进行解释。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员现将想到多种变型、改变和替代。此外，应理解，本发明的所有方面不限于本文中所阐述的取决于多种条件和变量的具体的描绘、配置或相对比例。应理解，本文所述的本发明的实施方案的各种替代方案可用于实践本发明。因此，设想本发明还应覆盖任何此类替代方案、修改、变型或等同方案。预期以下权利要求限定本发明的范围，并且由此覆盖这些权利要求及其等同方案范围内的方法和结构。
编号的实施方案
本文设想的实施方案包括实施方案1至260。
实施方案1.一种系统，其包括：(a)表面；(b)偶联至所述表面的肽，其中所述肽包含结合位点；以及(c)在所述结合位点处与所述肽结合的至少三种不同的生物分子，其中所述至少三种不同的生物分子包括至少三种不同的蛋白质或至少五种不同的生物分子。
实施方案2.如实施方案1所述的系统，其中所述至少三种不同的生物分子与所述肽的单一实例结合。
实施方案3.如实施方案1所述的系统，其中所述至少三种不同的生物分子单独地与所述肽的不同实例结合。
实施方案4.如实施方案1-3中任一项所述的系统，其中所述肽包含合成序列。
实施方案5.如实施方案1-4中任一项所述的系统，其中所述肽包含一个或多个非天然氨基酸。
实施方案6.如实施方案1-5中任一项所述的系统，其中所述肽包括被配置为结合所述至少三种不同蛋白质中的不同生物分子的给定肽的变体。
实施方案7.如实施方案1-6中任一项所述的系统，其中所述肽包含所述给定肽的给定结合位点的一部分。
实施方案8.如实施方案1-7中任一项所述的系统，其中所述肽包含所述给定肽的突变，使得所述肽包含所述给定肽的所述给定结合位点的修饰形式。
实施方案9.如实施方案8所述的系统，其中所述修饰形式包含不同于所述给定肽的所述给定结合位点的几何结构
实施方案10.如实施方案8或9所述的系统，其中所述修饰形式包含不同振动模式，如通过IR光谱或拉曼光谱测量的。
实施方案11.如实施方案6-10中任一项所述的系统，其中所述肽包含小于所述给定肽的给定结合位点的特异性。
实施方案12.如实施方案1-11中任一项所述的系统，其中如在包含ITC缓冲液的水性溶液中测量的，所述肽与所述至少三种不同的蛋白质中的第一蛋白质之间结合的第一自由能基本上等同于所述肽与所述至少三种不同的蛋白质中的第二蛋白质之间结合的第二自由能。
实施方案13.如实施方案12所述的系统，其中如在包含所述ITC缓冲液的所述水性溶液中测量的，所述肽与所述至少三种不同的蛋白质中的所述第一蛋白质之间结合的所述第一自由能基本上等同于所述肽与所述至少三种不同的蛋白质中的第三蛋白质之间结合的第三自由能。
实施方案14.如实施方案1-13中任一项所述的系统，其中如在包含ITC缓冲液的水性溶液中测量的，所述肽与所述至少三种不同的蛋白质中的第一蛋白质之间结合的第一平衡常数基本上等同于所述肽与所述至少三种不同的蛋白质中的第二蛋白质之间结合的第二平衡常数。
实施方案15.如实施方案14所述的系统，其中如在包含ITC缓冲液的水性溶液中测量的，所述肽与所述至少三种不同的蛋白质中的所述第一蛋白质之间结合的所述第一平衡常数基本上等同于所述肽与所述至少三种不同的蛋白质中的第三蛋白质之间结合的第三平衡常数。
实施方案16.如实施方案1-15中任一项所述的系统，其中所述至少三种不同的蛋白质包括至少4、5、6、7、8、9或10种不同的蛋白质
实施方案17.如实施方案1-16中任一项所述的系统，其中所述至少三种不同的蛋白质包括至少20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000或10000种不同的蛋白质。
实施方案18.如实施方案1-17中任一项所述的系统，其中与所述肽结合的所述至少三种不同的蛋白质中的第一蛋白质的第一量和与所述肽结合的所述至少三种不同的蛋白质中的第二蛋白质的第二量在彼此的1个量级内。
实施方案19.如实施方案18所述的系统，其中与所述肽结合的所述至少三种不同的蛋白质中的所述第一蛋白质的所述第一量和与所述肽结合的所述至少三种不同的蛋白质中的第三蛋白质的第三量在彼此的1个量级内。
实施方案20.如实施方案1-19中任一项所述的系统，其中所述肽以至少约1个肽/5纳米、1个肽/50平方纳米或1个肽/500纳米的密度偶联至所述表面。
实施方案21.如实施方案1-20中任一项所述的系统，其中所述肽包含至少20个氨基酸、至多40个氨基酸或两者。
实施方案22.如实施方案1-21中任一项所述的系统，其中所述肽包含多个模块单元。
实施方案23.如实施方案1-22中任一项所述的系统，其中所述肽包含基本线性的结构域。
实施方案24.如实施方案1-23中任一项所述的系统，其中所述至少三种不同的蛋白质与所述肽特异性结合。
实施方案25.如实施方案1-24中任一项所述的系统，其中所述表面还包含与其偶联的多种肽，其中所述多种肽中的每种肽被配置为结合至少三种不同的蛋白质。
实施方案26.如实施方案25所述的系统，其中所述多种肽中的第一肽被配置为结合至少三种不同蛋白质的第一集合，并且所述多种肽中的第二肽被配置为结合至少三种不同蛋白质的第二集合，其中所述第一集合和所述第二集合是不同的。
实施方案27.如实施方案1-26中任一项所述的系统，其中所述至少三种不同的蛋白质包含相同表位。
实施方案28.如实施方案1-27中任一项所述的系统，其中所述至少三种不同的蛋白质包括至少部分地由外显子的相同基因座表达的至少两种蛋白质形式。
实施方案29.如实施方案1-28中任一项所述的系统，其中所述系统还包括吸附在所述表面上的多种生物分子，其中所述多种生物分子包含所述至少三种不同的蛋白质。
实施方案30.如实施方案29所述的系统，其中所述多种生物分子包含至少约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000或10000种未与所述肽特异性结合的蛋白质。
实施方案31.如实施方案29或30所述的系统，其中所述多种生物分子包含至少约5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20的动态范围。
实施方案32.如实施方案1-31中任一项所述的系统，其中所述表面提供在溶液中，每μL所述溶液具有以所述表面的表面积计的至少约0.05、0.1、0.2、0.3、0.4或0.5cm2；或者其中所述表面提供在溶液中，每μL所述溶液具有以所述表面的表面积计的至多约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5或1.0；或者两者。
实施方案33.如实施方案1-31中任一项所述的系统，其中所述表面提供在溶液中，每μL所述溶液具有以构成所述表面的物质的质量计的至少约1、2、3、4、5或10μg；或者其中所述表面提供在溶液中，每μL所述溶液具有以构成所述表面的物质的质量计的至多约2、3、4、5或20μg；或者两者。
实施方案34.如实施方案1-31中任一项所述的系统，其中所述表面提供在溶液中，每mg所述溶液具有以构成所述表面的物质的质量计的至少约1、2、3、4、5或10μg；或者其中所述表面提供在溶液中，每mg所述溶液具有以构成所述表面的物质的质量计的至多约2、3、4、5或20μg；或者两者。
实施方案35.如实施方案1-34中任一项所述的系统，其中所述表面设置在多孔材料中。
实施方案36.如实施方案1-35中任一项所述的系统，其中所述表面设置在颗粒上。
实施方案37.如实施方案36所述的系统，其中所述颗粒包含顺磁性材料。
实施方案37.如实施方案36或37所述的系统，其中所述颗粒包括包含所述顺磁性材料的芯。
实施方案38.如实施方案37所述的系统，其中所述顺磁性材料包括氧化铁。
实施方案39.如实施方案36-38中任一项所述的系统，其中所述颗粒包括纳米颗粒或微米颗粒。
实施方案40.如实施方案36-39中任一项所述的系统，其中所述颗粒形成包含多种生物分子的生物分子冠。
实施方案41.如实施方案29-40中任一项所述的系统，其中所述多种生物分子与所述表面非特异性结合。
实施方案42.如实施方案29-41中任一项所述的系统，其中所述多种生物分子捕获在所述表面上，使得溶液中所述多种生物分子中的至少两种生物分子之间的丰度比相对于捕获在所述表面上的所述多种生物分子中的所述至少两种生物分子变化。
实施方案43.如实施方案29-42中任一项所述的系统，其中所述多种生物分子在下游测定中的可视性增加。
实施方案44.如实施方案43所述的系统，其中所述多种生物分子中生物分子的所述可视性通过强度是可测量的，如通过质谱测量的所述强度。
实施方案45.如实施方案1-44中任一项所述的系统，其中所述肽共价偶联至所述表面。
实施方案46.如实施方案1-45中任一项所述的系统，其中所述表面包括构成所述表面的二氧化硅层。
实施方案47.如实施方案46所述的系统，其中所述二氧化硅层包含接头，所述接头将所述肽共价偶联至所述表面
实施方案48.如实施方案47所述的系统，其中所述接头包含以下中的至少一种：硅烷化化学、PEG化化学、马来酰亚胺化学、琥珀酰亚胺酯化学、异硫氰酸酯化学、点击化学、硫醇化学、反式-4-(马来酰亚胺基甲基)环己烷羧酸-NHS(SMCC)化学、生物正交化学或其任何组合。
实施方案49.如实施方案47或48所述的系统，其中所述接头在所述表面上包含至少约1个接头/1平方纳米、1个接头/3平方纳米或1个接头/30平方纳米的密度。
实施方案50.如实施方案47-49中任一项所述的系统，其中所述接头从所述表面至所述肽包含至少约8、16、32、64、128、256、512、1024个共价键的长度。
实施方案51.如实施方案47-49中任一项所述的系统，其中所述接头包含足以使所述肽远离所述表面延伸至少约2nm的尺寸。
实施方案52.如实施方案1-51中任一项所述的系统，其中所述表面包含约13-35mV的表面ζ电位。
实施方案53.如实施方案1-52中任一项所述的系统，其中所述表面包含幅值为至少约0.01mV的表面ζ电位。
实施方案54.如实施方案1-53中任一项所述的系统，其中所述表面包含幅值为至少约0.1mV的表面ζ电位。其中所述表面包含幅值为至少约1mV的表面ζ电位。
实施方案55.如实施方案1-49中任一项所述的系统，其中所述表面包含幅值为至少约10、100或1000mV的表面ζ电位。
实施方案56.如实施方案1-55中任一项所述的系统，其中所述表面包括疏水性表面或亲水性表面。
实施方案57.如实施方案1-56中任一项所述的系统，其中所述表面包含如通过XPS测量的约10％-43％的元素碳分数。
实施方案58.如实施方案1-57中任一项所述的系统，其中所述表面包含如通过XPS测量的约40％-60％的元素氧分数。
实施方案59.如实施方案1-58中任一项所述的系统，其中所述表面包含如通过XPS测量的约1％-4％的元素氮分数。
实施方案60.如实施方案1-59中任一项所述的系统，其中所述表面包含如通过XPS测量的约0.5％-2％的元素硫组成。
实施方案61.如实施方案1-60中任一项所述的系统，其中所述表面包含如通过XPS测量的约24％-31％的元素硅组成。
实施方案62.如实施方案1-55中任一项所述的系统，其中所述表面包含如通过XPS测量的约0％的元素铁组成。
实施方案63.如实施方案57-62中任一项所述的系统，其中将所述XPS进行到至多约10nm的深度。
实施方案64.如实施方案57-63中任一项所述的系统，其中将所述XPS进行到至多约1nm或5nm的深度。
实施方案65.一种系统，其包括N数个表面，其中所述N数个表面中的第n表面包含：(a)偶联至所述第n表面的第n肽；和(b)与所述第n肽非特异性结合的第n多种不同生物分子，其中N是至少2，并且n的范围为从1至N。
实施方案66.如实施方案65所述的系统，其中N是至少3、4、5、6、7、8、9或10。
实施方案67.如实施方案65或66所述的系统，其中至少一种第n多种不同生物分子包括至少3、4、5、6、7、8、9或10种不同的生物分子。
实施方案68.如实施方案67所述的系统，其中至少2、3、4、5、6、7、8、9或10种第n多种不同生物分子各自包括至少3、4、5、6、7、8、9或10种不同的生物分子。
实施方案69.如实施方案65-68中任一项所述的系统，其中所述至少一种第n多种不同生物分子中的第一生物分子的第一量和所述至少一种第n多种不同生物分子中的第二生物分子的第二量在彼此的1个量级内。
实施方案70.如实施方案69所述的系统，其中所述至少一种第n多种不同生物分子中的所述第一生物分子的所述第一量和所述至少一种第n多种不同生物分子中的第三生物分子的第三量在彼此的1个量级内。
实施方案71.如实施方案65-70中任一项所述的系统，其中至少一种第n肽包括被配置为结合所述至少三种不同蛋白质中的不同生物分子的给定肽的变体。
实施方案72.如实施方案65-71中任一项所述的系统，其中所述至少一种第n肽包含所述给定肽的给定结合位点的一部分。
实施方案73.如实施方案65-72中任一项所述的系统，其中所述至少一种第n肽包含所述给定肽的突变，使得所述至少一种第n肽包含所述给定肽的所述给定结合位点的修饰形式。
实施方案74.如实施方案73所述的系统，其中所述修饰形式包含不同于所述给定肽的所述给定结合位点的几何结构
实施方案75.如实施方案73或74所述的系统，其中所述修饰形式包含不同振动模式，如通过IR光谱或拉曼光谱测量的。
实施方案76.如实施方案71-75中任一项所述的系统，其中所述至少一种第n肽包含小于所述给定肽的给定结合位点的特异性。
实施方案77.如实施方案65-76中任一项所述的系统，其中所述至少一种第n肽与至少一种第n多种不同生物分子中的第一生物分子之间结合的第一自由能和所述至少一种第n肽与所述至少一种第n多种不同生物分子中的第二生物分子之间结合的第二自由能在彼此的1个量级内。
实施方案78.如实施方案77所述的系统，其中所述至少一种第n肽与至少一种第n多种不同生物分子中的所述第一生物分子之间结合的所述第一自由能和所述至少一种第n肽与所述至少一种第n多种不同生物分子中的第三生物分子之间结合的第三自由能在彼此的1个量级内。
实施方案79.如实施方案65-78中任一项所述的系统，其中如在包含ITC缓冲液的水性溶液中测量的，所述至少一种第n肽与至少一种第n多种不同生物分子中的第一生物分子之间结合的第一平衡常数基本上等同于所述至少一种第n肽与所述至少一种第n多种不同生物分子中的第二生物分子之间结合的第二平衡常数。
实施方案80.如实施方案79所述的系统，其中如在包含ITC缓冲液的水性溶液中测量的，所述至少一种第n肽与至少一种第n多种不同生物分子中的所述第一生物分子之间结合的所述第一自由能基本上等同于所述至少一种第n肽与所述至少一种第n多种不同生物分子中的第三生物分子之间结合的第三自由能。
实施方案81.如实施方案65-80中任一项所述的系统，其中所述至少一种第n肽以至少约1个肽/50平方纳米的密度偶联至所述表面。
实施方案82.如实施方案65-80中任一项所述的系统，其中所述肽以至多约1个肽/5平方纳米的密度偶联至所述表面。
实施方案83.如实施方案65-80中任一项所述的系统，其中所述肽以至多约1个肽/500平方纳米的密度偶联至所述表面。
实施方案84.如实施方案65-83中任一项所述的系统，其中所述至少一种第n肽包含至少20个氨基酸、至多40个氨基酸或两者。
实施方案85.如实施方案65-84中任一项所述的系统，其中所述至少一种第n肽包含基本线性的结构域。
实施方案86.如实施方案65-85中任一项所述的系统，其中至少一个第n表面还包含与其偶联的多种肽，其中所述多种肽中的每种肽被配置为结合至少三种不同的蛋白质。
实施方案87.如实施方案65-86中任一项所述的系统，其中所述至少一种第n多种不同生物分子中的所述至少三种不同的蛋白质包含相同表位。
实施方案88.如实施方案87所述的系统，其中所述至少三种不同的蛋白质包括至少部分地由外显子的相同基因座表达的至少两种蛋白质形式。
实施方案89.一种方法，其包括：(a)使生物样品与如实施方案1-88中任一项所述的系统中的表面接触以使多种生物分子与偶联至所述表面的肽结合；(b)将所述多种生物分子或其一部分从所述表面释放；(c)至少鉴定所述多种生物分子或其所述一部分，其中所述多种生物分子或其所述一部分包括所述生物样品中所述至少三种不同的蛋白质中的一种或多种生物分子。
实施方案90.如实施方案89所述的方法，其中所述鉴定包括对(b)中释放的所述多种生物分子或其所述一部分进行质谱或核酸测序。
实施方案91.一种组合物，其包含颗粒，所述颗粒在其表面上具有少于5种不同类型的结合分子，所述结合分子对样品中的蛋白质子集具有结合特异性，其中所述蛋白质子集包含约10-500种蛋白质。
实施方案92.如实施方案91所述的组合物，其中所述结合分子包括包含至少20个氨基酸的肽。
实施方案93.如实施方案92所述的组合物，其中所述肽包含至多40个氨基酸。
实施方案94.如实施方案91所述的组合物，其中所述颗粒包含单一类型的结合分子。
实施方案95.如实施方案91所述的组合物，其中所述颗粒包含2-5种不同类型的结合分子。
实施方案96.如实施方案91-95中任一项所述的组合物，其中所述肽包含7与20之间个氨基酸。
实施方案97.如实施方案96所述的组合物，其中所述肽包含7与15之间个氨基酸。
实施方案98.如实施方案97所述的组合物，其中所述肽包含8与12之间个氨基酸。
实施方案99.如实施方案91-98中任一项所述的组合物，其中所述肽包含选自以下的氨基酸：丙氨酸、精氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、脯氨酸、丝氨酸、天冬酰胺、苏氨酸和缬氨酸。
实施方案100.如实施方案91-99中任一项所述的组合物，其中所述肽不含半胱氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸中的一种或多种。
实施方案101.如实施方案91-100中任一项所述的组合物，其中所述肽包含非蛋白原氨基酸。
实施方案102.如实施方案101所述的组合物，其中所述非蛋白原氨基酸是经化学修饰的蛋白原氨基酸。
实施方案103.如实施方案102所述的组合物，其中所述化学修饰包括酰化、烷基化、酰胺化、脱酰胺化、氨基甲酰化、羰基化、羧化、脱羧、瓜氨酸化、黄素化、糖基化、卤化、羟基化、亚硝基化、氧化、磷酸化、异戊二烯化、外消旋化、还原、琥珀酰化、硫酸化或其任何组合。
实施方案104.如实施方案91-103中任一项所述的组合物，其中所述肽包含在5与10之间的等电点(pI)。
实施方案105.如实施方案91-104中任一项所述的组合物，其中所述颗粒包含在所述肽的0.5内的等电点。
实施方案106.如实施方案91-105中任一项所述的组合物，其中所述肽的构象包含对pH、温度、离子强度、介电常数、粘度或其任何组合的依赖性。
实施方案107.如实施方案91-106中任一项所述的组合物，其中所述肽偶联至所述颗粒的所述表面。
实施方案108.如实施方案107所述的组合物，其中所述肽直接偶联至所述颗粒的所述表面。
实施方案109.如实施方案108所述的组合物，其中将所述肽的C末端偶联至所述颗粒的所述表面。
实施方案110.如实施方案108所述的组合物，其中将所述肽的N末端偶联至所述颗粒的所述表面。
实施方案111.如实施方案108所述的组合物，其中将所述肽的内部氨基酸偶联至所述颗粒的所述表面。
实施方案112.如实施方案107所述的组合物，其中将所述肽偶联至化学接头，所述化学接头偶联至所述颗粒的所述表面。
实施方案113.如实施方案112所述的组合物，其中将所述肽的C末端偶联至所述化学接头。
实施方案114.如实施方案112所述的组合物，其中将所述肽的N末端偶联至所述化学接头。
实施方案115.如实施方案112所述的组合物，其中将所述肽的内部氨基酸偶联至所述化学接头。
实施方案116.如实施方案114或115所述的组合物，其中所述N末端或所述内部氨基酸包含至所述化学接头的酰胺键。
实施方案117.如实施方案112-116中任一项所述的组合物，其中所述化学接头包含马来酰亚胺基团。
实施方案118.如实施方案91-117中任一项所述的组合物，其中所述颗粒包含2至5种不同类型的肽。
实施方案119.如实施方案118所述的组合物，其中所述2至5种不同肽包括具有不同长度的至少两种肽。
实施方案120.如实施方案118或119所述的组合物，其中所述2至5种不同肽具有基本相似的等电点。
实施方案121.如实施方案118或119所述的组合物，其中所述2至5种不同肽具有至少两个不同的等电点。
实施方案122.如实施方案118-121中任一项所述的组合物，其中所述颗粒包含特定摩尔比的所述2至5种不同肽。
实施方案123.如实施方案91-122中任一项所述的组合物，其中所述样品是生物样品。
实施方案124.如实施方案123所述的组合物，其中所述生物样品包括全血、血浆、血沉棕黄层、血清、尿液、脑脊液、滑液、泪液、唾液、全血、牛奶、乳头抽吸物、导管灌洗物、阴道液、鼻液、耳液、胃液、胰液、小梁液、肺灌洗物、汗液、沟液、精液、前列腺液、痰、粪便物、支气管灌洗物、来自拭子的流体、支气管抽吸物、流态化固体、细针抽吸样品、组织匀浆、淋巴液、细胞培养样品或其任何组合。
实施方案125.如实施方案123或124所述的组合物，其中所述生物样品包括血浆或血清。
实施方案126.如实施方案123-125中任一项所述的组合物，其中所述生物样品包括液体。
实施方案127.如实施方案91-126中任一项所述的组合物，其中所述生物样品包含大于1000种类型的蛋白质。
实施方案128.如实施方案91-127中任一项所述的组合物，其中所述生物样品包含至少8个量级的蛋白质浓度动态范围。
实施方案129.如实施方案91-128中任一项所述的组合物，其中所述蛋白质子集包含60-200种蛋白质。
实施方案130.如实施方案91-129中任一项所述的组合物，其中所述蛋白质子集包含80-160种蛋白质。
实施方案131.如实施方案91-130中任一项所述的组合物，其中所述蛋白质子集包含100-140种蛋白质。
实施方案132.如实施方案91-131中任一项所述的组合物，其中所述蛋白质子集包含10-50种蛋白质。
实施方案133.如实施方案91-132中任一项所述的组合物，其中所述蛋白质子集包含10-30种蛋白质。
实施方案134.如实施方案91-133中任一项所述的组合物，其中所述蛋白质子集包含至少4个量级的动态范围。
实施方案135.如实施方案91-134中任一项所述的组合物，其中所述蛋白质子集包含至少6个量级的动态范围。
实施方案136.如实施方案91-135中任一项所述的组合物，其中所述蛋白质子集包含高丰度蛋白质。
实施方案137.如实施方案136所述的组合物，其中所述高丰度蛋白质占所述样品的蛋白质质量的至少0.1％。
实施方案138.如实施方案136或137所述的组合物，其中所述高丰度蛋白质包含至少1微摩尔(μM)的浓度。
实施方案139.如实施方案91-138中任一项所述的组合物，其中所述组合物包含包括所述颗粒的多种颗粒。
实施方案140.如实施方案139所述的组合物，其中所述多种颗粒中的单独颗粒包含相同结合分子。
实施方案141.如实施方案91-140中任一项所述的组合物，其中所述结合特异性包含至多1微摩尔(μM)的解离常数。
实施方案142.如实施方案91-141中任一项所述的组合物，其中所述结合特异性包含至多1纳摩尔(nM)的解离常数。
实施方案143.如实施方案91-142中任一项所述的组合物，其中所述结合分子在所述颗粒的所述表面上包含至少4纳米(nm)的平均间距。
实施方案144.如实施方案91-143中任一项所述的组合物，其中所述结合分子在所述颗粒的所述表面上包含至少10纳米(nm)的平均间距。
实施方案145.一种用于富集样品中的蛋白质子集的方法，其包括：(a)使所述样品与包含颗粒的组合物接触，所述颗粒在其表面上具有少于5种不同类型的结合分子，所述少于5种不同类型的结合分子对所述样品中的所述蛋白质子集具有结合特异性；并且(b)使用所述颗粒捕获所述蛋白质子集，从而富集所述蛋白质子集，其中所述蛋白质子集包含约10-500种蛋白质。
实施方案146.如实施方案145所述的方法，其中所述接触包括向所述样品中添加100皮摩尔(pM)与100纳摩尔(nM)之间的所述颗粒。
实施方案147.如实施方案145或146中任一项所述的方法，其中所述捕获包括将所述颗粒在所述样品中孵育至少1小时。
实施方案148.如实施方案145-147中任一项所述的方法，其中所述捕获包括将所述颗粒在至少37℃的温度下在所述样品中孵育。
实施方案149.如实施方案145-148中任一项所述的方法，其中所述捕获包括收集至少10-9mg的所述蛋白质的所述子集/平方毫米(mm2)所述颗粒的表面积。
实施方案150.如实施方案145-149中任一项所述的方法，其中所述富集包括缩窄所述蛋白质子集的动态范围。
实施方案151.如实施方案145所述的方法，其中所述颗粒包含单一类型的结合分子。
实施方案152.如实施方案145所述的方法，其中所述颗粒包含2-5种不同类型的结合分子。
实施方案153.如实施方案145所述的方法，其中所述结合分子包括肽。
实施方案154.如实施方案153所述的方法，其中所述肽包含7与20之间个氨基酸。
实施方案155.如实施方案153或154中任一项所述的方法，其中所述肽不含半胱氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸中的一种或多种。
实施方案156.如实施方案153-155中任一项所述的方法，其中所述肽包含在5与10之间的等电点(pI)。
实施方案157.如实施方案153-156中任一项所述的方法，其中所述颗粒包含在所述肽的0.5内的等电点。
实施方案158.如实施方案153-157中任一项所述的方法，其中所述肽的构象包含对pH、温度、离子强度、介电常数、粘度或其任何组合的依赖性。
实施方案159.如实施方案153-158中任一项所述的方法，其中所述肽包括2至5种不同类型的肽。
实施方案160.如实施方案159所述的方法，其中所述2至5种不同肽包含至少两个不同的等电点。
实施方案161.如实施方案159或160所述的方法，其中所述颗粒包含特定摩尔比的所述2至5种不同肽。
实施方案162.如实施方案153-161中任一项所述的方法，其中所述样品是生物样品。
实施方案163.如实施方案162所述的方法，其中所述生物样品包括全血、血浆、血沉棕黄层、血清、尿液、脑脊液、滑液、泪液、唾液、全血、牛奶、乳头抽吸物、导管灌洗物、阴道液、鼻液、耳液、胃液、胰液、小梁液、肺灌洗物、汗液、沟液、精液、前列腺液、痰、粪便物、支气管灌洗物、来自拭子的流体、支气管抽吸物、流态化固体、细针抽吸样品、组织匀浆、淋巴液、细胞培养样品或其任何组合。
实施方案164.如实施方案163所述的方法，其中所述生物样品包括血浆或血清。
实施方案165.如实施方案162-164中任一项所述的方法，其中所述生物样品包括液体。
实施方案166.如实施方案162-165中任一项所述的方法，其中所述生物样品包含大于1000种类型的蛋白质。
实施方案167.如实施方案166所述的方法，其中所述生物样品包含大于5000种类型的蛋白质。
实施方案168.如实施方案153-167中任一项所述的方法，其中所述蛋白质子集包含60-200种蛋白质。
实施方案169.如实施方案153-168中任一项所述的方法，其中所述蛋白质子集包含10-50种蛋白质。
实施方案170.如实施方案153-169中任一项所述的方法，其中所述蛋白质子集包含高丰度蛋白质。
实施方案171.如实施方案153-170中任一项所述的方法，其中所述组合物包含包括所述颗粒的多种颗粒。
实施方案172.一种用于从样品中富集蛋白质的组合物，所述组合物包含至少两种不同颗粒类型，所述至少两种不同颗粒类型各自包含对所述样品的不同蛋白质集合具有结合特异性的表面结合的结合分子，其中第一颗粒类型的蛋白质集合和第二颗粒类型的第二蛋白质集合具有10％-85％之间的重叠。
实施方案173.如实施方案172所述的组合物，其中所述第一蛋白质集合和所述第二蛋白质集合包含至多70％重叠。
实施方案174.如实施方案172或173所述的组合物，其中所述第一蛋白质集合或所述第二蛋白质集合具有至少4个量级的动态范围。
实施方案175.如实施方案174所述的组合物，其中所述动态范围是至多6个量级。
实施方案176.如实施方案172-175中任一项所述的组合物，其中所述表面结合的结合分子包括不超过5种不同类型的结合分子。
实施方案177.如实施方案172-176中任一项所述的组合物，其中所述表面结合的结合分子包括肽。
实施方案178.如实施方案177所述的组合物，其中所述肽包含7与20之间个氨基酸。
实施方案179.如实施方案177或178所述的组合物，其中所述肽包含7与15之间个氨基酸。
实施方案180.如实施方案177-179中任一项所述的组合物，其中所述肽包含8与12之间个氨基酸。
实施方案181.如实施方案177-180中任一项所述的组合物，其中所述肽不含半胱氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸中的一种或多种。
实施方案182.如实施方案177-181中任一项所述的组合物，其中所述肽包含非蛋白原氨基酸。
实施方案183.如实施方案177-182中任一项所述的组合物，其中所述肽包含在5与10之间的等电点。
实施方案184.如实施方案177-183中任一项所述的组合物，其中所述肽包括2至5种类型的肽/所述至少两种不同颗粒类型的颗粒类型。
实施方案185.如实施方案184所述的组合物，其中所述2至5种不同肽包含基本相似的等电点。
实施方案186.如实施方案184所述的组合物，其中所述2至5种不同肽包含至少两个不同的等电点。
实施方案187.如实施方案172-186中任一项所述的组合物，其中所述给定蛋白质集合各自包含5与500之间种蛋白质。
实施方案188.如实施方案172-187中任一项所述的组合物，其中所述给定蛋白质集合各自包含10与500之间种蛋白质。
实施方案189.如实施方案172-188中任一项所述的组合物，其中所述给定蛋白质集合各自包含10与200之间种蛋白质。
实施方案190.如实施方案172-189中任一项所述的组合物，其中所述给定蛋白质集合各自包含10与50之间种蛋白质。
实施方案191.如实施方案172-190中任一项所述的组合物，其中所述给定蛋白质集合各自包含10与30之间种蛋白质。
实施方案192.如实施方案174-191中任一项所述的组合物，其中第一蛋白质集合和所述第二蛋白质集合的动态范围彼此基本重叠。
实施方案193.一种用于测定样品的方法，其包括：(a)使所述样品与组合物接触，所述组合物包含被配置为富集所述样品中的第一蛋白质子集的第一表面修饰颗粒和被配置为富集所述样品中的第二蛋白质子集的第二表面修饰颗粒；以及(b)使用所述组合物富集所述样品中的所述第一蛋白质子集和所述第二蛋白质子集，其中所述第一蛋白质子集和所述第二蛋白质子集各自包含在所述样品中具有大于或等于约10μg/mL的浓度的不超过三种蛋白质，并且在此类蛋白质中的至少一种上彼此不同。
实施方案194.如实施方案193所述的方法，其中所述组合物包含100皮摩尔(pM)与100纳摩尔(nM)之间的所述第一表面修饰颗粒和所述第二表面修饰颗粒。
实施方案195.如实施方案193或194中任一项所述的方法，其中所述富集包括将所述第一表面修饰颗粒和所述第二表面修饰颗粒在所述样品中孵育至少1小时。
实施方案196.如实施方案193-195中任一项所述的方法，其中所述富集包括将所述第一表面修饰颗粒和所述第二表面修饰颗粒在至少37℃的温度下在所述样品中孵育。
实施方案197.如实施方案193-196中任一项所述的方法，其中所述富集包括收集至少10-9mg的所述蛋白质子集/平方毫米(mm2)所述第一表面修饰颗粒和/或所述第二表面修饰颗粒的表面积。
实施方案198.如实施方案193-197中任一项所述的方法，其中所述第一表面修饰颗粒和所述第二表面修饰颗粒各自包含1与5之间种不同类型的表面结合的结合分子。
实施方案199.如实施方案193-198中任一项所述的方法，其中所述第一表面修饰颗粒和所述第二表面修饰颗粒各自包含2与5之间种不同类型的表面结合的结合分子。
实施方案200.如实施方案193-199中任一项所述的方法，其中所述第一表面修饰颗粒和所述第二表面修饰颗粒各自包含至多2种不同类型的表面结合的结合分子。
实施方案201.如实施方案193-200中任一项所述的方法，其中所述第一表面修饰颗粒或所述第二表面修饰颗粒包含恰好1种类型的表面结合的结合分子。
实施方案202.如实施方案193-201中任一项所述的方法，其中所述第一表面修饰颗粒或所述第二表面修饰颗粒包含表面结合的肽。
实施方案203.如实施方案202所述的方法，其中所述表面结合的肽包含7与20之间个氨基酸。
实施方案204.如实施方案202或03中任一项所述的方法，其中所述表面结合的肽不含半胱氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸中的一种或多种。
实施方案205.如实施方案202-204中任一项所述的方法，其中所述表面结合的肽包含在5与10之间的等电点(pI)。
实施方案206.如实施方案202-205中任一项所述的方法，其中所述第一表面修饰颗粒和所述第二表面修饰颗粒包含不同的肽。
实施方案207.如实施方案206所述的方法，其中所述第一表面修饰颗粒和所述第二表面修饰颗粒包含不同的等电点。
实施方案208.如实施方案202-207中任一项所述的方法，其中所述第一表面修饰颗粒和所述第二表面修饰颗粒各自包含1与5之间种不同的肽。
实施方案209.如实施方案193-208中任一项所述的方法，其中所述样品是生物样品。
实施方案210.如实施方案209所述的方法，其中所述生物样品包括全血、血浆、血沉棕黄层、血清、尿液、脑脊液、滑液、泪液、唾液、全血、牛奶、乳头抽吸物、导管灌洗物、阴道液、鼻液、耳液、胃液、胰液、小梁液、肺灌洗物、汗液、沟液、精液、前列腺液、痰、粪便物、支气管灌洗物、来自拭子的流体、支气管抽吸物、流态化固体、细针抽吸样品、组织匀浆、淋巴液、细胞培养样品或其任何组合。
实施方案211.如实施方案210所述的方法，其中所述生物样品包括血浆或血清。
实施方案212.如实施方案209-211中任一项所述的方法，其中所述生物样品包含大于1000种类型的蛋白质。
实施方案213.一种组合物，其包含具有表面的多种颗粒，所述表面包含具有7个或更多个氨基酸残基的寡肽，所述寡肽对样品中的蛋白质子集具有结合特异性，其中所述蛋白质子集包含少于或等于约500种蛋白质。
实施方案214.如实施方案213所述的组合物，其中所述寡肽包含7与20之间个氨基酸残基、至少20个氨基酸残基或至多40个氨基酸残基。
实施方案215.如实施方案214或215所述的组合物，其中所述寡肽包含7与15之间个氨基酸残基。
实施方案216.如实施方案213-216中任一项所述的组合物，其中所述结合特异性是至多100微摩尔(μM)。
实施方案217.如实施方案213-217中任一项所述的组合物，其中所述结合特异性是至少1微摩尔(μM)。
实施方案218.如实施方案213-218中任一项所述的组合物，其中所述结合特异性具有pH依赖性。
实施方案219.如实施方案213-218中任一项所述的组合物，其中所述多种颗粒至少包括在其表面上具有第一寡肽集合的第一颗粒和在其表面上具有不同于所述第一寡肽集合的第二寡肽集合的第二颗粒。
实施方案220.如实施方案219所述的组合物，其中所述第一颗粒的等电点不同于所述第二颗粒的等电点。
实施方案221.如实施方案219或220所述的组合物，其中所述第一寡肽集合和所述第二寡肽集合分别对所述样品中的第一蛋白质子集和第二蛋白质子集具有结合特异性，并且其中所述第一蛋白质子集不同于所述第二蛋白质子集。
实施方案222.如实施方案221所述的组合物，其中所述第一蛋白质子集和所述第二蛋白质子集包含至多85％重叠。
实施方案223.如实施方案213-222中任一项所述的组合物，其中所述蛋白质子集包含高丰度蛋白质。
实施方案224.如实施方案223所述的组合物，其中所述第一蛋白质子集和所述第二蛋白质子集在其高丰度蛋白质之间包含至多85％重叠。
实施方案225.如实施方案213-224中任一项所述的组合物，其中所述蛋白质子集包含少于或等于约200种蛋白质。
实施方案226.一种用于富集样品中的蛋白质子集的方法，其包括：(a)使所述样品与包含具有表面的多种颗粒的组合物接触，所述表面包含具有7个或更多个氨基酸残基的寡肽，所述寡肽对所述样品中的所述蛋白质子集具有结合特异性；并且(b)使用所述多种颗粒捕获所述蛋白质子集，从而富集所述蛋白质子集，其中所述蛋白质子集包含少于或等于约500种蛋白质。
实施方案227.如实施方案226所述的方法，其中所述接触包括向所述样品中添加100皮摩尔(pM)与100纳摩尔(nM)之间的所述多种颗粒。
实施方案228.如实施方案226或227中任一项所述的方法，其中所述捕获包括将所述多种颗粒在所述样品中孵育至少1小时。
实施方案229.如实施方案226-228中任一项所述的方法，其中所述捕获包括将所述多种颗粒在至少37℃的温度下在所述样品中孵育。
实施方案230.如实施方案226-229中任一项所述的方法，其中所述捕获包括收集至少10-9mg的所述蛋白质的所述子集/平方毫米(mm2)所述多种颗粒的表面积。
实施方案231.如实施方案226-230中任一项所述的方法，其中所述寡肽包括1与5之间种不同类型的寡肽。
实施方案232.如实施方案226-231中任一项所述的方法，其中所述寡肽包含7与20之间个氨基酸。
实施方案233.如实施方案226-232中任一项所述的方法，其中所述寡肽不含半胱氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸中的一种或多种。
实施方案234.如实施方案226-233中任一项所述的方法，其中所述样品是生物样品。
实施方案235.如实施方案234所述的方法，其中所述生物样品包括血浆或血清。
实施方案236.如实施方案226-235中任一项所述的方法，其中所述蛋白质子集包含少于约200种蛋白质。
实施方案237.如实施方案226-235中任一项所述的方法，其中所述蛋白质子集包含大于约60种蛋白质。
实施方案238.如实施方案226-235中任一项所述的方法，其中所述蛋白质子集包含约10至约100种蛋白质。
实施方案239.如实施方案238所述的方法，其中所述蛋白质子集包含约10至约50种蛋白质。
实施方案240.一种表面修饰颗粒，其包含附接至其表面的一种或多种结合分子，所述一种或多种结合分子具有多个区段，所述多个区段中的每一个是可独立寻址的。
实施方案241.如实施方案240所述的表面修饰颗粒，其中所述多个区段中的单独区段通过连接元件彼此分开。
实施方案242.如实施方案241所述的表面修饰颗粒，其中所述连接元件不是肽衍生的连接元件。
实施方案243.如实施方案240-242中任一项所述的表面修饰颗粒，其中所述多个区段的至少子集中的单独区段是可互换的。
实施方案244.如实施方案240-243中任一项所述的表面修饰颗粒，其中所述多个区段中的单独区段能够被去除、修饰或取代。
实施方案245.如实施方案240-244中任一项所述的表面修饰颗粒，其中所述一种或多种结合分子包括聚合物、肽或其组合。
实施方案246.如实施方案240所述的表面修饰颗粒，其中所述聚合物是可生物降解的。
实施方案247.如实施方案245或246所述的表面修饰颗粒，其中所述肽包括具有约7-20个氨基酸残基的寡肽。
实施方案248.如实施方案240-247中任一项所述的表面修饰颗粒，其中所述多个区段包括具有约1-6个氨基酸残基的寡肽。
实施方案249.如实施方案240-248中任一项所述的表面修饰颗粒，其中所述颗粒是具有在10纳米(nm)与500nm之间的直径的纳米颗粒。
实施方案250.一种试剂盒，其包括构成表面的物质和偶联至所述表面的肽，其中所述肽包含被配置为结合生物分子集合的结合位点，其中所述生物分子集合包含至少三种蛋白质或至少五种生物分子。
实施方案251.如实施方案250所述的试剂盒，其还包括构成第二表面的第二物质和偶联至所述第二表面的第二肽，其中所述第二肽包含被配置为结合第二生物分子集合的结合位点，其中所述第二生物分子集合不同于所述第一生物分子集合。
实施方案252.如实施方案250或251所述的试剂盒，其还包括蛋白分解酶。
实施方案253.如实施方案252所述的试剂盒，其中所述蛋白分解酶是胰蛋白酶或细胞溶素。
实施方案254.如实施方案250-253中任一项所述的试剂盒，其还包括缓冲液。
实施方案255.如实施方案254所述的试剂盒，其中所述缓冲液包括裂解缓冲液。
实施方案256.如实施方案250-255中任一项所述的试剂盒，其中将所述物质设置在包括第一盖的室中，并且将所述第二物质设置在包括第二盖的室中，其中所述第一盖和所述第二盖的颜色不同。
实施方案257.如实施方案250-256中任一项所述的试剂盒，其中将所述物质设置在包括第一条形码的室中，并且将所述第二物质设置在包括第二条形码的室中，其中所述第一条形码和所述第二条形码不同。
实施方案258.如实施方案250-257中任一项所述的试剂盒，所述试剂盒包括用于容纳所述物质的容器，其中所述容器包括条形码。
实施方案259.一种方法，其包括：(a)使生物样品与如实施方案91-144、172-192和213-225中任一项所述的组合物接触以将多种生物分子捕获至所述组合物；(b)将所述多种生物分子或其一部分从所述组合物释放；(c)至少鉴定所述多种生物分子或其所述一部分，其中所述多种生物分子或其所述一部分包括所述生物样品中所述至少三种不同的蛋白质中的一种或多种生物分子。
实施方案260.如实施方案259所述的方法，其中所述鉴定包括对(b)中释放的所述多种生物分子或其所述一部分进行质谱或核酸测序。

Claims (49)

1.一种系统，所述系统包括：
(a)表面；
(b)偶联至所述表面的肽，其中所述肽包含结合位点；以及
(c)在所述结合位点处与所述肽结合的至少三种不同的蛋白质。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述至少三种不同的蛋白质包括至少4、5、6、7、8、9或10种不同的蛋白质。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述至少三种不同的蛋白质与所述肽的单一实例结合。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述至少三种不同的蛋白质单独地与所述肽的不同实例结合。
5.如权利要求1所述的系统，其中与所述肽结合的所述至少三种不同的蛋白质中的第一蛋白质的第一量和与所述肽结合的所述至少三种不同的蛋白质中的第二蛋白质的第二量在彼此的1个量级内。
6.如权利要求5所述的系统，其中与所述肽结合的所述至少三种不同的蛋白质中的所述第一蛋白质的所述第一量和与所述肽结合的所述至少三种不同的蛋白质中的第三蛋白质的第三量在彼此的1个量级内。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述肽以至少约1个肽/5纳米、1个肽/50平方纳米或1个肽/50平方纳米的密度偶联至所述表面。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述肽包含至多约40个氨基酸。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述肽包含至少约20个氨基酸。
10.如权利要求1所述的系统，其中所述肽包含合成序列。
11.如权利要求1所述的系统，其中所述肽包含非天然氨基酸。
12.如权利要求1所述的系统，其中所述表面还包含与其偶联的多种肽，其中所述多种肽中的每种肽被配置为结合至少三种不同的蛋白质。
13.如权利要求1所述的系统，其中所述至少三种不同的蛋白质中的至少蛋白质子集包含相同表位。
14.如权利要求1所述的系统，其中所述至少三种不同的蛋白质中的至少蛋白质子集包括至少部分地由外显子的相同基因座表达的至少两种蛋白质形式。
15.如权利要求1所述的系统，其中所述至少三种不同的蛋白质与所述肽特异性结合。
16.如权利要求1所述的系统，其中所述系统还包括吸附在所述表面上的多种生物分子。
17.如权利要求16所述的系统，其中所述多种生物分子包含至少约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000或10000种未与所述肽特异性结合的蛋白质。
18.如权利要求16所述的系统，其中所述多种生物分子包含至少约5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20的动态范围。
19.如权利要求1所述的系统，其中所述表面提供在溶液中，每μL所述溶液具有以所述表面的表面积计的至少约0.05、0.1、0.2、0.3、0.4或0.5cm2。
20.如权利要求1所述的系统，其中多种生物分子捕获在所述表面上，使得溶液中所述多种生物分子中的至少两种生物分子之间的丰度比相对于捕获在所述表面上的所述多种生物分子中的所述至少两种生物分子变化。
21.如权利要求1所述的系统，其中多种生物分子在下游测定中的可视性增加。
22.如权利要求21所述的系统，其中所述多种生物分子中生物分子的所述可视性通过强度是可测量的，如通过质谱测量的所述强度。
23.一种系统，其包括N数个表面，其中所述N数个表面中的第n表面包含：
(a)偶联至所述第n表面的第n肽；和
(b)与所述第n肽非特异性结合的第n多种不同生物分子，其中N是至少2，并且n的范围为从1至N。
24.如权利要求23所述的系统，其中N是至少3、4、5、6、7、8、9或10。
25.如权利要求23所述的系统，其中至少一种第n多种不同生物分子包括至少3、4、5、6、7、8、9或10种不同的生物分子。
26.如权利要求25所述的系统，其中至少2、3、4、5、6、7、8、9或10种第n多种不同生物分子各自包括至少3、4、5、6、7、8、9或10种不同的生物分子。
27.如权利要求23-26中任一项所述的系统，其中所述至少一种第n多种不同生物分子中的第一生物分子的第一量和所述至少一种第n多种不同生物分子中的第二生物分子的第二量在彼此的1个量级内。
28.如权利要求27所述的系统，其中所述至少一种第n多种不同生物分子中的所述第一生物分子的所述第一量和所述至少一种第n多种不同生物分子中的第三生物分子的第三量在彼此的1个量级内。
29.如权利要求23所述的系统，其中所述第n多种不同生物分子包括一种或多种蛋白质。
30.一种系统，所述系统包括：
(a)表面；
(b)共价偶联至所述表面的肽，其中所述肽包含结合位点；以及
(c)在所述结合位点处与所述肽结合的至少五种不同的生物分子。
31.如权利要求30所述的系统，其中所述至少五种不同的生物分子包括至少6、7、8、9或10种不同的蛋白质。
32.如权利要求30所述的系统，其中与所述肽结合的所述至少五种不同的生物分子中的第一生物分子的第一量和与所述肽结合的所述至少五种不同的生物分子中的第二生物分子的第二量在彼此的1个量级内。
33.如权利要求32所述的系统，其中与所述肽结合的所述至少五种不同的生物分子中的所述第一生物分子的所述第一量和与所述肽结合的所述至少五种不同的生物分子中的第三生物分子的第三量在彼此的1个量级内。
34.如权利要求30所述的系统，其中所述肽以至少约1个肽/50平方纳米的密度偶联至所述表面。
35.如权利要求34所述的系统，其中所述肽包含至多约40个氨基酸。
36.如权利要求35所述的系统，其中所述肽包含至少约20个氨基酸。
37.一种方法，所述方法包括：
(a)使生物样品与表面接触以使多种生物分子与偶联至所述表面的肽结合，其中所述肽被配置为结合至少三种不同的蛋白质；
(b)将所述多种生物分子或其一部分从所述表面释放；以及
(c)至少鉴定所述多种生物分子或其所述一部分，其中所述多种生物分子或其所述一部分包括所述生物样品中所述至少三种不同的蛋白质中的一种或多种生物分子。
38.如权利要求37所述的方法，其中(c)中的所述鉴定还包括鉴定所述多种生物分子，从而确定所述三种不同的蛋白质的至少第一部分与所述多种生物分子的至少第二部分之间的相互作用。
39.如权利要求38所述的方法，其中所述至少三种不同的蛋白质是至少部分地由外显子的相同基因座表达的蛋白质形式。
40.如权利要求37所述的方法，其中所述鉴定包括对所述多种生物分子进行质谱。
41.如权利要求37所述的方法，其中所述鉴定包括对所述多种生物分子进行核酸测序。
42.一种方法，所述方法包括：
(a)使生物样品与表面接触以使多种生物分子与偶联至所述表面的结合，其中所述肽被配置为结合至少五种不同的生物分子；
(b)将所述多种生物分子或其一部分从所述表面释放；以及
(c)至少鉴定所述多种生物分子或其所述一部分，其中所述多种生物分子或其所述一部分包括所述生物样品中所述至少五种不同的生物分子中的一种或多种生物分子。
43.如权利要求42所述的方法，其中(c)中的所述鉴定还包括鉴定所述多种生物分子，从而确定所述五种不同的生物分子的至少第一部分与所述多种生物分子的至少第二部分之间的相互作用。
44.如权利要求42所述的方法，其中所述至少五种不同的生物分子是至少部分地由外显子的相同基因座表达的蛋白质形式。
45.如权利要求42所述的方法，其中所述鉴定包括对所述多种生物分子进行质谱。
46.如权利要求42所述的方法，其中所述鉴定包括对所述多种生物分子进行核酸测序。
47.一种方法，所述方法包括：
(a)使表面与第一组合物接触，其中：
i.所述表面包含与其偶联的肽，其中所述肽被配置为特异性结合至少三种不同的靶生物分子；并且
ii.所述第一组合物包含多种生物分子，其中所述多种生物分子包括所述至少三种不同的靶生物分子中的至少一种靶生物分子；
使得：
i.所述肽结合所述至少三种不同的靶生物分子中的所述至少一种靶生物分子；并且
ii.所述多种生物分子吸附在所述表面上；
(b)使所述表面与蛋白分解酶接触以释放：
i.所述至少一种靶生物分子；
ii.吸附在所述表面上的所述多种生物分子的至少子集；和
iii.所述肽的至少一部分；
从而产生第二组合物；
(c)对所述第二组合物进行质谱以鉴定：
i.所述至少一种靶生物分子；
ii.所述多种生物分子的所述至少子集；和
iii.所述肽的所述至少一部分；
从而生成对所述第一组合物的组成测量；以及
(d)从所述组成测量中去除源自所述肽的所述至少一部分的一个或多个信号，从而生成对所述第一组合物的精确组成测量。
48.一种合成具有形式X-Y-Z的肽官能化表面的方法，其中X包括表面，Y包括接头，并且Z包括肽，其中所述合成包括：
(a)提供所述表面；
(b)将所述表面官能化为具有接头，然后将所述肽偶联至所述接头；或
(c)将所述肽偶联至所述接头，然后将所述接头偶联至所述表面；
其中所述肽包含被配置为结合至少五种不同的生物分子的结合位点。
49.一种合成具有形式X-Y-Z的肽官能化表面的方法，其中X包括表面，Y包括接头，并且Z包括肽，其中所述合成包括：
(a)提供所述表面；
(b)将所述表面官能化为具有接头，然后将所述肽偶联至所述接头；或
(c)将所述肽偶联至所述接头，然后将所述接头偶联至所述表面；
其中所述肽包含被配置为结合至少三种不同的蛋白质的结合位点。
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