SIMOA，開(kāi)啟蛋白單分子定量新時(shí)代！

SIMOA理論基礎(chǔ)

單分子檢測(cè) Single-molecule Array，SIMOA，也被稱作digital ELISA，它的出現(xiàn)將蛋白質(zhì)檢測(cè)技術(shù)直接帶入到單分子、數(shù)字化檢測(cè)時(shí)代。

SIMOA檢測(cè)的生物學(xué)原理仍然是經(jīng)典的免疫反應(yīng)-雙抗夾心法，所不同的是，

SIMOA技術(shù)將約250,000個(gè)捕獲抗體包被在2.7 μm的小磁珠上，檢測(cè)時(shí)加入生物素標(biāo)記的檢測(cè)抗體及親和素偶聯(lián)的酶和底物，通過(guò)一層油將單個(gè)磁珠分別封閉在238,000個(gè)4.5 μm的反應(yīng)孔（Well）中進(jìn)行反應(yīng)。

由于每個(gè)小孔的反應(yīng)體系僅僅為50飛升，比傳統(tǒng)ELISA小20億倍，這時(shí)小孔中即使只有一個(gè)分子，其催化底物就可產(chǎn)生3000個(gè)熒光分子，通過(guò)CCD攝像頭即可捕獲到信號(hào)，利用泊松分布理論可計(jì)算出陽(yáng)性熒光小孔（On Well）對(duì)應(yīng)的蛋白濃度值，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化單分子檢測(cè)的愿望。靈敏度比ELISA提高出1000倍以上。

圖1 Simoa檢測(cè)流程

單分子酶聯(lián)免疫反應(yīng)這一技術(shù)，最早發(fā)表于Nature Biotechnology雜志。通過(guò)磁珠和芯片式的檢測(cè)體系，可以很好地分離及檢測(cè)單個(gè)蛋白分子。

當(dāng)需要檢測(cè)極低濃度靶蛋白時(shí)，根據(jù)泊松分布的理論，一個(gè)磁珠上會(huì)捕獲一個(gè)靶標(biāo)或者沒(méi)有捕獲。

比如50aM的蛋白，0.1ml的溶液，大約有3000個(gè)分子，用23萬(wàn)個(gè)磁珠去捕獲目標(biāo)分子。根據(jù)泊松分布的規(guī)則，大約1.5% 的磁珠有機(jī)會(huì)（就是3000個(gè)分子能夠充分反應(yīng)）捕獲到1個(gè)蛋白分子，98.5%的磁珠不會(huì)捕獲到靶蛋白。

如果是傳統(tǒng)板式檢測(cè)方式，由于1.5%信號(hào)很快被98.5%無(wú)信號(hào)體系稀釋，所以弱信號(hào)很難和背景信號(hào)區(qū)分開(kāi)來(lái)，因此不能顯示陽(yáng)性結(jié)果。

而SIMOA技術(shù)，將捕獲到一個(gè)蛋白分子的磁珠隔絕在50fL的反應(yīng)孔中（是傳統(tǒng)反應(yīng)體系的20億分之一），賦予每個(gè)磁珠一個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)背景，它最終呈現(xiàn)的信號(hào)就是“有”或“沒(méi)有”

因此，即使是3000單個(gè)蛋白中的一個(gè)分子被捕獲了，它存在的熒光也會(huì)被記錄為“有”，從而和完全的陰性“沒(méi)有”區(qū)分開(kāi)。

在Nature biotechnology發(fā)表的文獻(xiàn)中，SIMOA達(dá)到的檢測(cè)下限為0.2fM/L (biotin磁珠，檢測(cè) 親和素-半乳糖苷酶）

圖2 Simoa與ELISA對(duì)比

所以說(shuō)SIMOA 單分子酶聯(lián)免疫反應(yīng)是通過(guò)免疫磁珠結(jié)合單分子蛋白的技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)超低目的蛋白含量樣品（低于fmol級(jí)別）的蛋白分子數(shù)的精確數(shù)字化定量技術(shù)。

SIMOA最近戰(zhàn)績(jī)

2021年，Quanterix 估計(jì) 全年收入為 1.09 億美元至 1.11 億美元，比2020年同比增長(zhǎng)53%，其中產(chǎn)品銷售額為8000萬(wàn)到8200萬(wàn)美元，儀器安裝量增加了 32%，達(dá)到 708 臺(tái)。

2021年，在神經(jīng)病學(xué)領(lǐng)域的 SIMOA 磷酸-Tau 181 (pTau-181) 血液測(cè)試獲得了美國(guó)FDA的突破性器械的認(rèn)定。

FDA在2021也批準(zhǔn)了阿爾茨海默病治療的藥物，相信在2022年超低豐度蛋白標(biāo)志物的檢測(cè)需求會(huì)進(jìn)一步加大。

在中國(guó)，Quanterix加速了本地化布局的節(jié)奏，2022新年伊始，Quanterix中國(guó)與康黎醫(yī)學(xué)簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方將會(huì)借助SIMOA HD-X全自動(dòng)單分子免疫陣列平臺(tái)共同探索神經(jīng)科學(xué)尤其是神經(jīng)退行性疾病的解決方案。

與此同時(shí)國(guó)內(nèi)單分子宇測(cè)生物，光與生物和彩科生物也是緊追不舍。彩科更是在21年底以1.5億的B輪高額融資完美收官。投資機(jī)構(gòu)一再加碼單分子檢測(cè)領(lǐng)域，也說(shuō)明對(duì)超敏檢測(cè)賽道的看好。

隨著化學(xué)發(fā)光項(xiàng)目的白熱化競(jìng)爭(zhēng)，以及阿爾茨海默癥，帕金森等神經(jīng)退行性疾病的檢測(cè)需求，單分子免疫診斷開(kāi)辟的新戰(zhàn)場(chǎng)也會(huì)吸引更多的玩家進(jìn)入，期待超敏檢測(cè)在不久的未來(lái)可以百花齊放！