vestibИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия биологических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Biological Series1029-89402524-230XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1029-8940-2024-69-3-198-206vestib-933Research ArticleСтатьиМетодика биохимической модификации поверхности стекла для изготовления белковых микрочиповTechnique of modifying the glass surface for production of protein microchipsДавыденкоА. И.DavydzenkaA. I.

Давыденко Анастасия Игоревна ‒ мл. науч. сотрудник.

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Anastasiya I. Davydzenka ‒ Junior Researcher, Institute of Biophysics and Cell Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus.

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

asyacm251@gmail.comКоханА. Ю.KokhanA. Yu.

Кохан Анатолий Юрьевич ‒ мл. науч. сотрудник.

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Anatoli Yu. Kokhan – Junior Researcher. Institute of Biophysics and Cell Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus.

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

rrchypp@gmail.comДремукИ. А.DremukI. A.

Дремук Ирина Александровна ‒ канд. биол. наук, вед. науч. сотрудник.

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Irina A. Dremuk ‒ Ph. D. (Biol.), Leading Researcher, Institute of Biophysics and Cell Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus.

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

irinadremuk@yandex.byШамоваЕ. В.ShamovaE. A.

Шамова Екатерина Вячеславовна ‒ канд. биол. наук, заведующий лабораторией.

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Ekaterina V. Shamova ‒ Ph. D. (Biol.), Head of the Laboratory, Institute of Biophysics and Cell Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus.

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

lubakova@gmail.comОсиповаА. В.OsipavaA. U.

Осипова Антонина Владимировна ‒ канд. мед. наук, вед. науч. сотрудник.

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Antanina U. Osipava ‒ Ph. D. (Med.), Leading Researcher, Institute of Biophysics and Cell Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus.

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

aosipova@tut.byГончаровА. Е.HancharouA. Ya.

Гончаров Андрей Евгеньевич ‒ канд. мед. наук, доцент, директор.

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Andrei Ya. Hancharou ‒ Ph. D. (Med.), Associate Professor, Director, Institute of Biophysics and Cell Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus.

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

andrei.hancharou@gmail.comИнститут биофизики и клеточной инженерии НАН БеларусиInstitute of Biophysics and Cell Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus202401082024693198206Copyright © Давыденко А.И., Кохан А.Ю., Дремук И.А., Шамова Е.В., Осипова А.В., Гончаров А.Е., 20242024Давыденко А.И., Кохан А.Ю., Дремук И.А., Шамова Е.В., Осипова А.В., Гончаров А.Е.Davydzenka A.I., Kokhan A.Y., Dremuk I.A., Shamova E.A., Osipava A.U., Hancharou A.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestibio.belnauka.by/jour/article/view/933

Белковый микрочип – универсальный инструмент для единовременной диагностики широкого спектра заболеваний человека. Для изготовления микрочипа на подложке иммобилизируют белковые молекулы. Одним из самых распространенных и доступных типов подложек является стекло, однако, поскольку стеклянная поверхность не содержит функциональных групп, которые обеспечивали бы надежное связывание с белками, требуется ее модификация.

Целью данной работы являлась разработка методики химической модификации стеклянной поверхности для изготовления белковых микрочипов. В процессе разработки методики варьировали следующие параметры: растворитель для 3-аминопропилтриэтоксисилана, время проведения реакции силанизации, концентрация глутарового альдегида, состав буфера для печати целевого белка (меченного флуорохромом аллофикоцианином анти-IgE человека) на модифицированную поверхность. Об эффективности иммобилизации белковых молекул судили по интенсивности флуоресценции спотов. В результате исследований установлено отсутствие влияния растворителя для 3-аминопропилтриэтоксисилана на эффективность иммобилизации целевого белка на модифицированной поверхности и определено оптимальное время проведения реакции силанизации ‒ 60 мин, а также показано, что оптимальная концентрация глутарового альдегида – 2,5 % (v/v), а оптимальный состав буфера для печати – фосфатно-солевой буфер с добавлением 4 % (v/v) глицерина. Предложенная методика обеспечивает эффективную иммобилизацию белков, что продемонстрировано на примере флуоресцентно-меченых антител. В дальнейшем планируется использовать данную методику для изготовления белковых микрочипов для аллергодиагностики c целью выявления специфических IgE в сыворотке крови пациентов.

Protein microarray consists of a support (usually glass or polymer) and immobilized proteins (ferments, antibodies, etc.). Being one of the most widespread and accessible support material, glass still has a significant disadvantage: its surface doesn’t contain functional groups capable of bonding with proteins. Therefore, the glass surface needs to be modified in order to immobilize capture proteins.

The aim of this work was to develop a technique of chemical modification of the glass surface for fabrication of protein microarrays. In our study we varied the following experimental parameters: solvent for 3-aminopropyltriethoxysilane, time of silanization reaction, concentration of glutaraldehyde, composition of a buffer for printing the target protein (allophycocyanin-labelled human anti-IgE) on the modified surface. The efficiency of protein molecule immobilization was quantified using the intensity of spot fluorescence. As a result, it was shown that there was no influence of the solvent for 3-aminopropyl-triethoxysilane on the immobilization efficiency of the target protein on the modified surface, and the optimal time for the silanization reaction was 60 minutes. It was also shown that the optimal concentration of glutaraldehyde was 2.5 % (v/v) and the optimal composition of the printing buffer was phosphate-buffered saline with the addition of 4 % (v/v) glycerol.

микрочипбелкиповерхностьмодификациястеклобуферIgEmicroarrayproteinssurfacemodificationglassРабота выполнена в рамках мероприятия 35 «Разработать тест-систему на основе технологии микрочипов для выявления IgE-зависимых аллергических реакций» подпрограммы 1 «Инновационные биотехнологии» Государственной программы «Наукоемкие технологии и техника» на 2021‒2025 годы.The work was carried out within the framework of activity 35 “Develop a test system based on microchip technology to detect IgE-dependent allergic reactions” of subprogram 1 “Innovative biotechnologies” of the State program “High-tech technologies and equipment” for 2021–2025.ReferencesInterferometric silicon biochips for label and label-free DNA and protein microarrays / M. Cretich [et al.] // Proteomics. ‒ 2012. ‒ Vol. 12, N 19‒20. ‒ P. 2963–2977. https://doi.org/10.1002/pmic.201200202Cretich M., Monroe M. R., Reddington A., Zhang X., Daaboul G. G., Damin F., Sola L., Unlu M. S., Chiari M. Interferometric silicon biochips for label and label-free DNA and protein microarrays. Proteomics, 2012, vol. 12, no. 19‒20, pp. 2963–2977. https://doi.org/10.1002/pmic.201200202Wilson, D. S. Functional protein microarrays / D. S. Wilson, S. Nock // Curr. Opin. Chem. Biol. ‒ 2002. ‒ Vol. 6, N 1. ‒ P. 81–85. https://doi.org/10.1016/S1367-5931(01)00281-2Wilson D. S., Nock S. Functional protein microarrays. Current Opinion in Chemical Biology, 2002, vol. 6, no. 1, pp. 81–85. https://doi.org/10.1016/S1367-5931(01)00281-2Preparation of substrates for microarray protein chips with different ending functional groups / A. Shiue [et al.] // J. Immunol. Methods. ‒ 2022. ‒ Vol. 502. ‒ Art. 113218. https://doi.org/10.1016/j.jim.2022.113218Shiue A., Chen J., Hsiao C., Chang S., Hwa K., Leggett G. Preparation of substrates for microarray protein chips with different ending functional groups. Journal of Immunological Methods, 2022, vol. 502, art. 113218. https://doi.org/10.1016/j.jim.2022.113218Hall, D. Protein microarray technology / D. Hall, J. Ptacek, M. Snyder // Mech. Ageing Dev. ‒ 2007. ‒ Vol. 128, N 1. ‒ P. 161‒167. https://doi.org/10.1016/j.mad.2006.11.021Hall D., Ptacek J., Snyder M. Protein microarray technology. Mechanisms of Ageing and Development, 2007, vol. 128, no. 1, pp. 161‒167. https://doi.org/10.1016/j.mad.2006.11.021Reverse-phase protein microarrays for tissue-based analysis / R. Speer [et al.] // Curr. Opin. Mol. Ther. ‒ 2005. ‒ Vol. 7, N 3. ‒ P. 240–245.Speer R., Wulfkuhle J. D., Liotta L. A., Petricoin E. F. 3rd. Reverse-phase protein microarrays for tissue-based analysis. Current Opinion in Molecular Therapeutics, 2005, vol. 7, no. 3, pp. 240–245.The effect of uniform capture molecule orientation on biosensor sensitivity: Dependence on analyte properties / A. K. Trilling [et al.] // Biosens. Bioelectron. ‒ 2013. ‒ Vol. 40, N 1. ‒ P. 219–226. https://doi.org/10.1016/j.bios.2012.07.027Trilling A. K., Harmsen M. M., Ruigrok V. J. B., Zuilhof H., Beekwilder J. The effect of uniform capture molecule orientation on biosensor sensitivity: Dependence on analyte properties. Biosensors and Bioelectronics, 2013, vol. 40, no. 1, pp. 219–226. https://doi.org/10.1016/j.bios.2012.07.027Schäferling, M. Protein microarrays: Surface chemistry and coupling schemes / M. Schäferling, D. Kambhampati [Electronic resource] // Protein Science Encyclopedia / A. R. Fersht (ed.). ‒ 2008. – Mode of access: https://doi.org/10.1002/9783527610754.fa04. – Date of access: 31.05.2024.Schäferling M., Kambhampati D. Protein microarrays: Surface chemistry and coupling schemes. Protein Science Encyclopedia, 2008. Available at: https://doi.org/10.1002/9783527610754.fa04 (accessed 31.05.2024).Surface modification strategies for biomedical applications: Enhancing cell-biomaterial interfaces and biochip performances / S. Roh [et al.] // BioChip J. ‒ 2023. ‒ Vol. 17. ‒ P. 174–191. https://doi.org/10.1007/s13206-023-00104-4Roh S. Jang Y., Yo J., Seong H. Surface modification strategies for biomedical applications: enhancing cell-biomaterial interfaces and biochip performances. BioChip Journal, 2023, vol. 17, pp. 174–191. https://doi.org/10.1007/s13206-023-00104-4Optimization of printing buffer for protein microarrays based on aldehyde-modified glass slides / Y. Liu [et al.] // Front Biosci. ‒ 2007. ‒ Vol. 12, N 10. ‒ P. 3768‒3773. https://doi.org/10.2741/2350Liu Y., Li C. M., Yu L., Chen P. Optimization of printing buffer for protein microarrays based on aldehyde-modified glass slides. Frontiers in Bioscience, 2007, vol. 12, no. 10, pp. 3768‒3773. https://doi.org/10.2741/2350Ramos-de-la-Peña, A. M. Protein A chromatography: challenges and progress in the purification of monoclonal antibodies / A. M. Ramos-de-la-Peña, J. González-Valdez, O. Aguilar // J. Sep. Sci. ‒ 2019. ‒ Vol. 42, N 9. ‒ P. 1816–1827. https://doi.org/10.1002/jssc.201800963Ramos-de-la-Peña A. M., González-Valdez J., Aguilar O. Protein A chromatography: challenges and progress in the purification of monoclonal antibodies. Journal of Separation Science, 2019, vol. 42, no. 9, pp. 1816–1827. https://doi.org/10.1002/jssc.201800963

The authors declare that there are no conflicts of interest present.