三维功能糖芯片制备的高效及通用策略

Carbohydrate microarray technology is a novel tool emerging at the frontier of glycomics and glycobiology, having the advantages of small amount of sample needed, high specificity and high throughput, is of great significance to the study of carbohydrate - protein interactions and the development of glycomics. However, there are some problems hindered its preparation and application: difficult access to the various carbohydrates due to the complexity and diversity of their structures; low sensitivity to the weak interactions of carbohydrate - protein; and lack of efficient and universal method for preparation. Based on these, we will, 1)develope a new method for the efficient syntheses of a variety of derivatives of monosaccharides, disaccharides,and trisaccharides in only a few steps by using the n+1 hydroxy reversion technique; 2) in order to improve the sensitivity of carbohydrate microarray, synthesize 3-D matrices by using click chemistry to fabricate dendrimers on the surface of chip for gaining the sugar cluster effect on amplificatin of the weak interactions of carbohydrate-protein; 3) modify the surface of the 3-D matrices with 4-azido-tetrafulorobezoic acid to endow it with the property of covalent connection to any type of carbohydrate probes with no further chemical modification needed. This suggests an efficient and universal fabrication of carbohydrate microarrays.

糖芯片具有检测样品用量少、特异性高和高通量等优点，为糖生物学和糖组学的研究提供了一种新的技术平台，对糖-蛋白质相互作用的研究及功能糖组学的发展具有重要的意义。但是，目前糖芯片制备中有三大难点：糖链结构的复杂多样导致糖探针获取困难、糖-蛋白的结合力弱影响检测灵敏度、缺乏制备糖芯片的高效及通用的方法。基于此，本项目计划：1）应用n+1羟基控制转型技术合成多种单糖和二糖、三糖等低分子量寡糖衍生物，为高效合成糖探针提供一个新途径；2）采用点击化学反应控制合成不同的三维芯片树（枝）形聚合物基质，利用"糖簇效应"解决糖-蛋白相互作用弱、检测灵敏度低的问题；3）在三维基质芯片表面引入全氟代苯叠氮基团，通过光引发插入反应直接连接任意种类糖探针，为制备三维功能糖芯片提供一种既高效简便又通用的新方法。

糖芯片具有检测样品用量少、特异性高和高通量等优点，为糖生物学和糖组学的研究提供了一种新的技术平台，对糖-蛋白质相互作用的研究及功能糖组学的发展具有重要的意义。本研究针对糖芯片制备中的三大难点：糖链结构的复杂多样导致糖探针获取困难、糖-蛋白的结合力弱影响检测灵敏度、缺乏制备糖芯片的高效及通用的方法，进行了包括糖探针合成的方法学研究，糖-蛋白质相互作用的研究和制备糖芯片的高效及通用方法的研究三个方面的研究工作：1）针对糖链结构的复杂多样导致糖探针获取困难，本研究对糖的衍生化和选择性保护的方法进行了研究，取得了系列研究成果，为方便获取所需要的糖探针奠定基础；2）针对糖-蛋白的结合力弱影响检测灵敏度这一难题，本研究用支状结构的多价态效应解决糖与蛋白的结合力弱的问题，而且用一步法合成未保护的叠氮糖，无需对糖进行修饰，从而大大降低了糖芯片的制备难度；3）针对缺乏制备糖芯片的高效及通用的方法，本研究在石英晶体微天平（QCM）的裸金芯片表面均匀涂抹聚苯乙烯后，通过光照插入全氟代苯基叠氮化合物（PFPA）制得羧基芯片，进一步利用酰胺化反应首次将末端具有炔基的支状分子修饰在芯片表面，最终通过点击反应将一步合成的叠氮糖连接在芯片表面，从而制得功能三维糖芯片用于检测糖与蛋白的相互作用，为功能三维糖芯片的制备建立提供了一种广泛适用的新方法。. 此外，关于应用芯片技术进行糖和蛋白的相互作用的研究，本项目在实施中结合本研究领域的国际前沿，拓展为用细胞芯片的方法直接进行肿瘤细胞表面糖基与蛋白相互作用动力学和热力学的研究，并已取得了突破性进展，取得了系列研究成果，该研究为更加深入地了解细胞表面糖基化情况及细胞表面复杂的分子相互作用的动力学和热力学信息提供了一种新方法，在疾病诊断和药物研发中具有重要意义