单分子检测技术是默克生命科学在 2015 年在中国推出的生物标志物检测技术。使得研究者可以实现无以伦比的灵敏度（通常情况下为 ELISA 的 100-1000 倍）检测生物标志物，并且这项技术在与 ELISA 易用性相近的同时，还能帮研究者节约样本用量，乃至实验经费。这项新技术为以前难以检测的生物标志物重新打开了研究大门。

SMC 单分子检测技术利用经典的双抗免疫夹心法，使用针对于同一个抗原不同表位的两种抗体来完成检测。捕获抗体包被在多孔板或者磁珠上，检测抗体同荧光标签偶联。所采用的实验步骤与夹心法 ELISA 很相似，但是在信号获取方面与 ELISA 存在根本区别：在检测步骤之前，利用洗脱缓冲液来解离免疫复合物，洗脱物被转移到新的 384 孔板，送入 Erenna 系统进行检测。共聚焦激光形成焦点，当单个荧光素标记的二抗分子通过位于焦点的狭小的检测空间时，会产生光闪烁信号，能被仪器捕捉并进行数字化计量。因此这项技术被命名为「单分子检测」，真正在生物标志物检测方面做到了单分子水平，在现有抗体依赖生物标志物检测领域做到了极-致-！
 

图一、Erenna 单分子免疫检测的工作流程


图二、单分子免疫检测原理

SMC™ 单分子蛋白检测原理：

SMC™ 技术在传统的「三明治」抗体夹心反应的基础上，结合专有的洗脱步骤设计，荧光素标记的检测抗体从免疫复合物中解离下来，洗脱物中含有的荧光素标记抗体被检测系统激光激发产生荧光，仪器灵敏、快速地逐个记录荧光信号并进行同步计算。从而实现蛋白质定量检测的飞克级 (fg) 时代！

类似于 ELASI 技术的操作流程，单分子检测技术（SMC™）可以实现最强的免疫检测能力。通过组合独特的洗脱步骤和超强的数字化单分子检测步骤，SMC™单分子检测技术可以实现一个完整体系中的高低丰度蛋白的精确定量检测。

SMCxPRO™ 平台优势

    ● 高灵敏度定量（fg/ml）

    ● 快速分析：<1小时

    ● 紧凑型设计：14” W x 16” H x 17.5” D

    ● 基于微球偶联型试剂（增强反应效率）

    ● 已超过 600+ 的抗体对检测数据

应用实例一：

类风湿关节炎 RA 中的炎症因子检测

类风湿关节炎是一种症状出现在关节及滑膜，病因尚不十分明确的自身免疫疾病。Th17细胞以及它们分泌的细胞因子，也就是IL-17家族，被报道能改善自身免疫疾病的症状，特别是类风湿关节炎。医学研究发现，IL-17可以诱导炎症因子，包括IL-1, TNF, IL-6等的产生，通过介导MMP和RANKL的释放来促进骨侵蚀和软骨破坏。IL-17由一个家族6个特异但同源的单位构成（A-F）。IL-17家族成员以同源二聚体或者异源二聚体的形式来发挥功能。比较常见的二聚体包括IL-17AA（IL-17A），IL-17FF（IL-17F），以及IL-17 A/F. IL-17A被认为有较强的促炎性能力，IL-17A/F次之，IL-17F再次之。ELISA进行的 IL-17的血清学检测似乎发现IL-17与RA存在相关性，并且抗TNF治疗能降低IL-17水平。但受限于ELISA技术的灵敏度，以IL-17A为例，ELISA灵敏度水平与健康人本底表达水平接近，直接导致有些个体能检出，有些个体检测失败。传统文献存在相互矛盾的情况。2014年Jain 等研究者利用Erenna单分子免疫检测平台对类风湿关节炎病人进行了系统的IL-17等细胞因子检测，通过该技术超高的检测灵敏度实现了明确的发现(Jain et al, 2015)。

1. 在 15 个检测的细胞因子中，有 7 种出现统计意义的变化

在Jain等测试的15种细胞因子中，各个细胞因子表达量呈现明显的高低区分，CRP表达量可高至10,000 pg/mL以上，而IL-17A 的表达量可低至0.1 pg/mL以下，要求检测技术不仅要具备很高的检测灵敏度，更需要具备很好的兼容性，能够检测表达量存在巨大差异的蛋白样本。而Erenna平台集高灵敏度、大动态检测范围（>4log）、高度的准确性和定量能力于一身，从而成功发现多达 7种生物标志物出现统计意义的变化。

2. 联合运用 IL-17A 和 IL-17F 检测可以有效判断 RA

Jain等进一步发现，将病人和正常人的IL-17A 和 IL-17F 检测数据作二维散点图，可得到 RA的有效判断方式。在图四的浅蓝色圆圈之内的点均来自正常人。而 RA 病人的数据均分布在此区域之外。联合运用这两个因子比单一指标能更有效的区分 RA 病人和健康个体。


图三、单分子免疫检测技术得到的 RA 相关细胞因子血清检测数据


 图四、IL-17A 和 IL-17F 联合运用可以有效区分RA和健康个体

应用实例二：

IL-13 帮助哮喘单抗药物研发

IL-13 是重要的细胞炎症因子，近年来一项突出的发现是，青壮年的哮喘很多是由于 IL-13 信号通路所造成，因而 IL-13 因子被认为是一种很重要的成年哮喘诱发因素（图五）。Pfizer 辉瑞制药公司为解决这种问题，打算开发 IL-13 单克隆抗体药物来阻断 IL-13 同其受体的结合。在药物研发过程中两个 candidate 药物，即 IMA638 和 IMA026 获得了比较好的疗效，但临床实验急需方法来测量血液中的 IL-13 来进行药物代谢动力学和药物效应动力学的检测。这些关键的数据对于药物通过临床实验，进入 FDA 审批阶段起着至关重要的作用。而当时普通的 ELISA 受制于较低的灵敏度，根本测不到本底的 IL-13 表达水平。

辉瑞的研发人员了解到 Erenna 平台的超高检测灵敏度后决定一试，通过跟 Erenna 的研发工程师合作，开发了 IL-13 检测项目，并且获得了数倍乃至上百倍于高质量 ELISA 检测试剂盒的灵敏度（图六）。磁珠孵育系统达到了 0.07pg/mL 的超高检测灵敏度，实现了所有个体本底表达水平的检测，从而得到了血液中 IL-13 在治疗条件下的完整变化数据，为临床实验提供了关键的临床证据。IMA638 成功地通过了 FDA 的认证并且上市，也就是后来大家所熟知的 anrukinzumab. 在新药研发过程中，药物效应动力学和药物代谢动力学是必备的数据。Erenna 平台卓越的高灵敏度检测能力能够很好地满足从健康个体到病患，从正常条件到发病条件各种情况下因子的检测需求，为药物研发提供了非常有力的支撑（Lukacs et al, 2001）。


图五、青壮年哮喘的致病机理


图六、IL-13 不同检测方法的灵敏度和检出效率对比，包括 ELISA 方法，以及基于磁珠孵育的单分子检测试剂盒（Bead Based Assay）和基于 96 孔板进行孵育的单分子检测试剂盒（Plate Based Assay）


图七、单抗药 anrukinzumab 开发过程中获取的关键血清学数据

更多应用方向



另外，SMCxPRO™ 所基于的单分子免疫检测技术具有超高灵敏度检测的卓越性能，使得常规检测技术无法定量的痕量检测成为可能, 并兼顾宽广的动态学范围。在肿瘤、神经科学、心血管疾病、代谢病、免疫炎症、药效动力学等众多研究领域获得了大量成功的应用。

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