Protein microarray được phát triển thành nhiều loại khác nhau, tóm tắt trong bảng 2.2 [30]. Nguyên tắc của những array kháng thể (antibody array) và array kháng nguyên là sử dụng những phối tử ái lực cao để phát hiện sự hiện diện của những protein cụ thể và những dấu hiệu sinh học trong một hỗn hợp phức tạp. Knezevic et al. chọn 368 kháng thể đặc trưng cho những protein liên quan đến ung thư để chế tạo array. Sự tiếp xúc của những array với 6 loại dịch thủy phân mô học xác định được 11 protein cho thấy sự thay đổi tương ứng trong biểu hiện hay trạng thái của sự phosphoryl hóa. Sreekumar et al. sử dụng một array với 146 kháng thể riêng biệt để theo dõi sự thay đổi của các mức protein trong những tế bào ung thư biểu mô ruột già [30].
Bảng2.3. Những loại protein microarray [30]
Loại array Mô tả
Array kháng thể (Antibody array)
Những kháng thể đơn dòng hay đa dòng được tạo mảng và được sử dụng để phát hiện và định lượng những protein cụ thể trong một mẫu sinh học. Một mảng kháng thể có hiệu quả như một loạt những nghiên cứu miễn dịch song song.
Array kháng nguyên hay đảo ngược
Ngược với mảng kháng thể, chip này cố định những kháng nguyên được sử dụng để phát hiện và định lượng những kháng thể trong một mẫu sinh học.
Array chức năng (Functional array)
Protein tinh khiết được tạo mảng trên bề mặt và được sử dụng để phát hiện và mô tả đặc điểm của những tương tác protein ” protein, protein ” DNA, protein ” những phân tử nhỏ.
Array bắt giữ (Capture array)
Những phân tử không phải protein tương tác với những phân tử protein trên bề mặt. Đây có thể là những tác nhân bắt giữ rộng rãi dựa trên hóa học bề mặt chẳng hạn như Ciphergen Protein Chip, hay có thể là đặc hiệu cao chẳng hạn như những polymer được in dấu phân tử.
Array chất tan (Solute array)
Thế hệ array có tiềm năng kế tiếp có những giếng nano chứa những hạt cầu micro được mã hóa hay các hạt nano trong dung dịch.
Đối với array kháng nguyên, những kháng nguyên được cố định trên bề mặt rắn và những tấm này được dò với những kháng thể. Paweletz et al. sử dụng kỹ thuật này để định
Chương 2: Đại cương kỹ thuật và ứng dụng của Biochip
lượng trạng thái của các protein đặc biệt trong những chấm 3 nL chứa toàn bộ lượng protein của quần thể tế bào bị phân giải. Array kháng nguyên cũng được chứng minh có giá trị trong chẩn đoán huyết thanh. Robinson et al. phát triển những microarray tự kháng trong đó 196 protein, peptide, acid nucleic tinh khiết được cố định được ủ với huyết thanh bệnh nhân để phát hiện và mô tả đặc điểm tự kháng trong huyết thanh. Bacarese- Hamilton và đồng nghiệp đã sử dụng array kháng nguyên để phát hiện những kháng thể trong huyết thanh chống lại các chất gây dị ứng và kháng nguyên truyền nhiễm [30].
Hình 2.41. Những kiểu phân tử bắt giữ trong protein microarray [54].
Để phân tích tương tác đặc biệt, những loại phân tử khác nhau có thể được cố định trên một mặt phẳng để hoạt động như phân tử bắt giữ trong nghiên cứu microarray. (a) Tương tác kháng nguyên – kháng thể và (b) nghiên cứu miễn dịch sandwich. (c) tương tác đặc biệt protein-protein. (d) Phân tử tổng hợp như aptamer hoạt động như phân tử bắt giữ. Chúng có thể gồm nucleotide, ribonucleotide hay peptide. Những tương tác của enzyme với cơ chất đặc hiệu trong hình (e), nơi một cơ chất (S) của kinase được cố định và được phosphoryl hóa (P) bởi kinase tương ứng. Một ví dụ điển hình của tương tác receptor-ligand trong hình (f), trong đó hợp chất tổng hợp khối lượng phân tử thấp được cố định như phân tử bắt giữ.
Về cơ bản, những array kháng thể - kháng nguyên chính là những nghiên cứu miễn dịch ELISA song song ở mức độ cao để định lượng biểu hiện của protein, những array chức năng đề cập đến việc làm sáng tỏ các tương tác protein lạ. Array chức năng có tiềm năng lập ra bản đồ tương tác của những protein trên quy mô toàn hệ thống hay toàn bộ gen. Lợi thế chủ yếu của việc sử dụng kỹ thuật trong ống nghiệm này là những nhà nghiên cứu có thể kiểm soát điều kiện thí nghiệm, thay đổi trạng thái của những protein nghiên cứu và nghiên cứu sự tương tác của những protein với những phân tử không phải protein. Những nguyên tắc này được chứng minh bởi một số nhà nghiên cứu. Ge [21] dàn trận 48 protein
Chương 2: Đại cương kỹ thuật và ứng dụng của Biochip
tinh khiết của người lên một màng nitrocellulose và thăm dò với các protein, acid nucleic và những phân tử hữu cơ nhỏ khác nhau. Ông có thể chỉ ra rằng một mẫu dò DNA mạch đôi liên kết chặt chẽ với dạng phosphoryl hóa của protein PC4 hơn với dạng không bị biến đổi. Zhu et al. [48] sử dụng thành công những array chức năng để nhận dạng 150 protein được cho là liên kết với phospholipid. Để đơn giản hóa việc sản xuất hàng loạt những protein chức năng, MacBeath và Schreiber chỉ ra rằng hoạt tính của những protein tinh khiết có thể được duy trì khi tạo vết trên những tấm thủy tinh dẫn xuất hóa học.
Một loại xa hơn của protein microarray là array bắt giữ, trong đó những phân tử không phải protein được cố định trên bề mặt tương tác với những protein trong pha chất tan. Những phân tử bắt giữ có thể là những tác nhân bắt giữ rộng rãi dựa trên hóa học bề mặt kiểu sắc ký như trao đổi ion, kỵ nước và ái lực kim loại theo chức năng; hay chúng có thể bắt giữ đặc hiệu cao [30].