2020年6月12日，浙江大學機械工程學院居冰峰課題組、浙江大學基礎醫學院/附屬二院陳偉課題組、浙江大學附屬一院方維佳課題組以及澳大利亞雪梨大學居理寧課題組合作在單分子力譜技術（生物膜力學探針系統, Biomembrane force probe, BFP）研發方面取得重要進展，在國際權威期刊《Nano Letters》（IF：12.3）雜誌上發表 「Ultra-stable biomembrane force probe for accurately determining slow dissociation kinetics of PD-1 blockade antibodies on single living cells」的論文。博士研究生安宸毅、基礎醫學院博士後胡煒為該論文的共同第一作者，浙江大學基礎醫學院陳偉教授、雪梨大學居理寧助理教授、浙江大學附屬醫院方維佳主任為該論文的共同通訊作者。作者利用醫工交叉的學科優勢，在傳統的單分子生物膜力學探針系統的基礎上成功開發超穩單分子力譜技術，實現在單分子水平上利用活細胞原位動態解析
超強的生物大分子互作的動力學特性以及生物力學穩定性。作者利用該新技術準確表徵三種臨床腫瘤免疫治療的PD-1抗體與T細胞表面PD-1分子互作特性，發現該新方法所獲得的動力學參數與PD-1抗體的肝癌臨床治療有效率吻合，顯著優於傳統表面等離子共振技術（Surface Plasmon Resonance，SPR）等經典方法所獲得的動力學參數。因此，該新方法較傳統方法更適合指導免疫治療抗體的優化、篩選以及臨床選擇。
（由共同作者：雪梨大學Yunduo Charles Zhao繪製）PD-1（programmed cell death protein-1）是著名的免疫「剎車」分子，而PD-1分子的免疫治療抗體依靠其超強親和力與免疫細胞表面的PD-1分子特異性結合，緩解由PD-1介導的免疫活性抑制。目前，科研領域及製藥公司基於常用的SPR技術篩選出的高親和力PD-1抗體，往往很難與其最終臨床治療有效率直接對應；其主要原因可能是該檢測方法脫離了PD-1原位細胞膜環境。另外，免疫治療PD-1抗體在進入體內後很快被巨噬細胞表面的FcγR受體捕獲，其與抗原的相互作用潛在地受到兩側細胞收縮產生的拉力等生物力的作用。因而抗體—抗原相互作用的生物力學穩定性可能成為免疫治療抗體屏蔽免疫剎車分子效果的決定性因素。利用新研發的「超穩定」單分子生物膜力學探針系統，從單分子水平上原位解析PD-1與其抗體（Nivolumab、Pembrolizumab、Camrelizumab）之間
超強互作的解離速率，尤其是生物力調控下的力致解離速率，與其在肝癌免疫治療中的有效率更為吻合。因此，「超穩定」單分子生物膜力學探針系統在細胞原位檢測抗體藥物的親和力方面具有明顯的優勢，可以為藥物研發提供更具指導意義的親和力參數。
圖2. 生物力調控免疫PD-1抗體與PD-1原位動態互作示意圖：免疫治療抗體在進入體內後會被巨噬細胞表面的FcγR受體捕獲，抗體—抗原相互作用受到生物力的調控
此外，該系統還可應用於其他強相互作用細胞原位的解離速率及其力穩定性的測定；例如，雙特異性抗體（Bispecific antibody）與其對應抗原之間、超強膜受體—配體之間、細胞骨架相關蛋白之間等較強的蛋白質—蛋白質相互作用。
該研究獲得國家科技部蛋白質重大研究計劃項目、國家自然科學基金委、浙江大學等資金的大力支持。同時，感謝浙江大學工學部（機械工程學院等）、醫學部、信息學部（生儀學院等）、浙江大學醫工交叉研究生培養項目以及浙江大學附屬一院、雪梨大學多位教授的支持與幫助。
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c01360（可點擊下方閱讀原文跳轉查看）