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バイオレイヤー干渉法（BLI）は、蛍光標識を必要とせずにリアルタイムで生体分子の相互作用を分析する光バイオセンシング技術です。[1]表面プラズモン共鳴と並んで、BLIは広く利用可能な数少ないラベルフリーのバイオセンシング技術の1つであり、従来のプロセスよりも短時間でより多くの情報を生成する検出スタイルです。[2]この技術は、バイオセンサーの先端にある2つの独自の表面からの干渉パターン間で作成される位相シフト-波長相関に依存しています。[3] BLIは、結合強度の定量化、タンパク質相互作用の測定、および速度定数や反応速度などの反応速度論の特性の特定に重要な用途があります。[4]
方法
メカニズムの概要
バイオレイヤー干渉法は、波の干渉に基づいて、速度論と生体分子の相互作用を測定します。2つの固有の生体分子間のBLI分析を準備するには、まず、分析対象物が溶液中にある間に、リガンドを生体適合性バイオセンサーに固定します。 [5]その後すぐに、バイオセンサーの先端を溶液に浸すと、ターゲット分子が分析対象物と結合し始め、バイオセンサーの先端の上に層が生成されます。これにより、2つの別々の表面、つまり基質自体と、バイオセンサーの先端に固定された分子と相互作用する基質が作成されます。[1]これにより、基本的に薄膜干渉が作成され、作成された層はこれら2つの表面によって結合された薄膜として機能します。タングステンランプからの白色光がバイオセンサーの先端に照射され、両方の表面で反射され、異なる強度の2つの固有の反射パターンが作成されます。[5]図2は、この現象をより一般的な形で表しています。これら 2 つの反射パターン間の波長シフト (Δλ) により干渉パターン (図 3) が作成され、そこから必要な結果をすべて得ることができます。[1]波長シフトは生物層の厚さの変化を直接測定するものであり、生物層の厚さはバイオセンサーに結合したり解離したりする分子に応じて変化するため、干渉パターンによってバイオセンサー表面での分子相互作用をリアルタイムで監視することができます。[6]つまり、正の波長シフトは生物層の厚さの増加、つまり結合の増加を意味し、負の波長シフトは生物層の厚さの減少、つまり解離の増加を意味します。[6]
「ディップアンドリード」形式
バイオレイヤー干渉計プラットフォームは、「ディップ アンド リード」形式を利用することで高スループットを実現します。[1]バイオセンサーのチップ自体は、目的のサンプルに直接運ばれ、それぞれのコンパートメントに「ディップ」されるため、マイクロ流体工学の必要性とそれに伴う複雑さ (詰まり、精製) が排除されます。[1] [7]この構造はロボットによってサポートされることが多く、これを実現するために 96 ウェル プレート形式と 384 ウェル プレート形式の両方が組み合わされています。[8]この独自の検出方法により、サンプルの濃度と粘度、および変化する屈折率が BLI の結果にほとんど影響しません。[1]そのため、BLI は、他の技術では困難なグリセロールなどの粘性媒体で大きな効果を発揮します。[9]
バイオセンサーの種類と選択
バイオレイヤー干渉法は、リガンドが固定化された光ファイバーチップを備えたバイオセンサーに依存しています。 [1]チップは、非特異的結合を制限するために、ターゲット分子と生体適合性のあるマトリックスでさらにコーティングされています。BLI計算が機能するには、光ファイバーチップと結合したリガンドおよび分析物の両方が薄い反射面として機能すると仮定する必要があります。[10]バイオセンサーは使い捨てであるため、コストが低く、商業的に入手しやすいです。 [11]バイオセンサーの選択は、必要なテスト結果（速度論的分析、定量的分析、またはその両方）によって決定されます。[12]市販されているバイオセンサーのほとんどは、BLIメーカーによってこれらの3つのカテゴリのいずれかに分類されます。[1]
アプリケーション
生体分子相互作用の分析
バイオレイヤー干渉法の主な用途は、生体分子セット間の相互作用を解析し、定量化することです。[1]これは、生体分子と膜の相互作用によって特定の薬物の特性が決まる製薬研究において非常に有用です。高解像度のデータと高スループットを実現できるため、BLI は脂質二重層の生物物理学的特性を特定するために使用されており、現在使用されている従来のin vitro方法 (顕微鏡、電気泳動) に代わる研究方法を可能にしています。[6]さらに、BLI はエフェクター複合体とターゲットの相互作用を研究するために使用できます。従来の電気泳動移動度シフトアッセイ(EMSA) 法を使用できる場合、提供される利点 (ラベルフリー、リアルタイム測定) が望まれる場合は、BLI が適切な代替手段として機能することができます。[3]
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生体分子の動態測定
バイオレイヤー干渉法は、生体分子システムの反応速度を分析するために使用できます。BLI がもたらす利点は、酵素結合免疫吸着測定法(ELISA)などの一般的に使用されるエンドポイント法に加えて、反応速度に関する追加の洞察を提供することです。 [1] BLI 実験で見つかった干渉パターンは、生体分子相互作用における速度定数やその他の反応速度データの計算に使用できます。[13] BLI センサーの (比較的) 低い感度は、サンプル組成の変化に対する応答が少なくなります。その結果、BLI は酵素の立体構造変化に対するアロステリック効果の調査にも使用できます。[14]
特徴的な特徴
BLI と SPR はどちらも、ラベルフリー機器市場で主流の技術です。[1]概念にはいくつかの類似点がありますが、2 つの技術には大きな違いがあります。マイクロ流体 SPR は、サンプルを固定センサー チップに輸送するためにクローズド アーキテクチャに依存しています (図 4)。BLI はオープン システムを利用し、プレート上の複数のウェルを振って、マイクロ流体を必要とせずにセンサーをサンプルに輸送します。[6]クローズド システムであるため、SPR の結合および解離フェーズは技術の設計によって制限されます。BLI のオープン プレート設計では、結合および解離の長さの制限はサンプルの蒸発によって決まります。[15] SPR は、連続フロー マイクロ流体のため、簡単に再現できます。BLI のマルチ ウェル プレート設計により、1 バッチで非常に高いスループットが可能になります。BLI のアッセイ構成では、安定した状態でサンプルを回収できます。SPR のアッセイ構成では、より高い感度が可能です。その結果、BLI の結果は検証のために SPR の結果と比較されることがよくあります。[16]
参照
参考文献
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