硬核！一文读懂生物磁珠
免疫磁珠(Immunomagnetic bead，IMB，简称磁珠)技术，是近年发展起来系将固化试剂特有优点与免疫学反应高度特异性结合于一体的一项新技术。以免疫学为基础，渗透到病理、生理、药理、微生物、生化及分子遗传学等各个领域，其在免疫检测、细胞分离、生物大分子纯化和分子生物学等方面得到越来越广泛应用。
免疫磁珠技术基本原理
免疫磁珠既可结合活性蛋白质(抗体)，又可被磁铁所吸引，经一定处理后，可将抗体结合在磁珠上，使之成为抗体载体；磁珠上抗体与特异性抗原物质结合后，则形成抗原～抗体一磁珠免疫复合物。这种复合物在磁力作用下，发生力学移动，使复合物与其它物质分离，从而达到分离特异性抗原目的。免疫磁珠作用方式有直接法和间接法。直接法是先用抗体包被磁珠，使抗体与磁珠给合(物理吸附或化学结合)，再加入抗原物质，二者结合形成复合物，在磁力作用下，与其它物质分离。间接法是先用羊抗鼠IgG(第二抗体)包被磁珠，使磁珠作为第二抗体载体，当抗原与第一抗体结合后，加入带有第二抗体磁珠，磁珠上第二抗体便与第一抗体结合，形成磁珠一第二抗体一第一抗体一抗原复合物，在磁力作用下，与其它物质分离。
值得一提的是免疫磁珠功能基团主要与蛋白质结合，且借助亲和素一生物素系统，还能使免疫磁珠与非蛋白质结合，如各种DNA、RNA分子等，从而使免疫磁珠能发挥更大作用。
免疫磁珠结构特点
磁珠的结构
核壳式，即无机磁性颗粒为核，聚合物为壳，这种复合微球中，无机磁性微粒完全被聚合物包埋，形成典型的核壳结构。在早期阶段由于生产工艺的限制大部分磁珠都采用这一结构。
夹心式，即内外层均为聚合物，中间为无机磁性颗粒，这类复合微球往往是通过对第二层磁球再包裹一层聚合物而制备的。
弥散式，即无机磁性颗粒是遍布于在聚合物微球中。现阶段制作工艺比较成熟，多数国外公司都采用这一模式。
超顺磁性微纳米材料大多数是铁氧体微纳米颗粒，核心是金属小颗粒，如四氧化三铁（黑色），γ-三氧化二铁（红棕色）(Fe203，Fe304)，核心外层均匀包裹一层高分子材料(如聚苯乙烯、聚氯乙烯等)，最外层是功能基层，如氨基(一NH2)、羧基(一COOH)、羟基(-OH)，磁珠呈均匀球形、具有超顺磁性及保护性壳粒子。
IMB大小和形状均一性，可使靶物质迅速及有效结合在磁珠上；其球形结构可消除与不规则形状粒子有关非特异性结合；超顺磁性可使磁珠置于磁场时，显示其磁性，从磁场移出时，磁性消除、磁珠分散；保护性壳可防止金属微粒漏出。目前能够制备出几纳米至数十微米的颗粒材料，广泛应用于生物医学领域。
免疫磁珠性质
免疫磁珠基本上由载体微球和免疫配基结合而成。载体微球是指尚未与免疫组分结合颗粒，根据不同用途可制成各种大小粒度，又因制备材料和方法不同，使其表现具有疏水一亲水、非极性一极性、带正电荷一带负电荷等不同物理性质，球体内还可添加颜料、染料、荧光物质、放射性标记及磁性氧化铁等，以适用于各种检测和分离目的。免疫配基一般包括抗原、抗体或凝集素等，配基具有生物专一性特点，且载体和微球与配基结合要不影响或改变配基原有生物学特性，保证微球特殊识别功能。随着免疫磁珠与分子生物学技术结合，其在医学卫生等领域发挥很大作用。
免疫磁珠应用
免疫检测
在免疫检测时，免疫磁珠作为抗体固相载体，磁珠上抗体与特异性抗原结合，形成抗原抗体复合物。在磁力作用下，使特异性抗原与其它物质分离，克服放免和普通酶联免疫测定方法缺点，无放射性损害。这种磁性分离具有灵敏度高、检测速度快(1～2 h)、特异性高、重复性好等优点。据文献报道，利用免疫磁珠可检测出诱导活性T细胞产生极性现象的膜表面分子，这种极性现象可通过观察到一个磁珠结合处，许多T细胞形成网状微管状结构来判定。这种技术不但可通过产生极性现象检测表面分子，亦可通过磁珠包被任何确定表面分子或结合分子以检测是否可产生极性现象，从而判断细胞类型。总之，应用免疫磁珠可检测各种激素、神经递质、细胞因子、肿瘤相关抗原等。
细胞分离
细胞分离是免疫磁珠目前应用最主要一个方面。用免疫磁珠进行细胞分离只需抗体和一个磁铁，具有简单、便捷和可靠等优点。据许多文献报道，免疫磁珠技术可用以分离人体各种细胞，如T淋巴细胞、B淋巴细胞、内皮细胞、造血液细胞、单核吞噬细胞、胰岛细胞及多种肿瘤细胞。如利用免疫磁珠技术，从19例Ⅳ期乳腺癌患者外周血中分离出CD3+4单核细胞(PBMC)，离体做CD3+4细胞增殖实验，最后将增殖细胞重新输入患者体内，可克服多次大剂量化疗所带来副作用。很多研究表明，细胞分离不仅有利于肿瘤细
胞净化，且为临床肿瘤治疗提供新的途径，使免疫磁珠技术广泛应用于：(1)检测体液中少量肿瘤细胞，提高肿瘤早期诊断率；(2)快速、高效分离T、B细胞，用于器官移植中HLA组织分型，(3)骨髓移植物预处理，提高移植成功率；(4)为各种医疗与科研目的分离或清除特定细胞成分。
生物大分子纯化
免疫磁珠可看作是亲合层检技术中微型配基载体，在基质上固相化抗原或抗体后，造成特异性吸附，再进行磁性亲合抽提，不需离心和过滤，用于分离和纯化相应大分子，为受体分子提纯和其它难以提纯蛋白质纯化提供希望。此外，以免疫磁珠作为固相载体，还可分离纯化DNA和RNA、DNA结合蛋白及mRNA等。用Oligo(dT)25可提取mRNA。具体方法是，将Oligo(dT)25加到细胞液中杂交，可分离到纯的mRNA，实验可在60min内完成。
分子生物学应用
由于免疫磁珠借助亲合素、生物素系统可与非蛋白质结合(如各种DNA、RNA大分子)，所以近年免疫磁珠在分子生物学应用越来越广泛。随着PCR，RT-PCR等分子生物学技术突飞猛进，通过对PCR产物进行测序分析，虽可了解基因组结构特点、DNA突变和基因多态性等，但方法较复杂。有报道可用磁珠固相分离单链法，测定低密度脂蛋白(LDL)体基因外显子和内含子部分序列，可直接快速对PCR双链产物进行分离或对其单链进行测序。方法是将PCR双链产物与生物素化磁珠混合，悬浮30 min后，置于磁场中沉淀，去上清，洗涤后进行碱性变性，再次磁场沉淀，此时沉淀磁珠结合含有生物素PCR单核DNA，而不含生物素PCR另一单链DNA则存在于上清中
总结
作为体外诊断的上游原料领域，各方面对于磁性微纳米材料的关注和认识可能较少。大多数可能认为依然只是处于高校、研究所的实验室阶段。其实磁性微纳米材料已经真正开始应用于临床，为临床诊疗、体外诊断提供了新的技术和方法。虽然国内起步较晚，但是依托国内高校在微纳米领域的研究领先程度，我们相信，国内磁性微纳米材料产业一定会取得更大的发展。
