Surface Plasmon Resonance

SPR은 ​골드 필름 (약 50nm)이 증착된 프리즘의 측면으로 광이 입사될 때, 특정 입사각에서 반사광이 사라지는 현상을 말하며 이때의 각도를 SPR angle 이라고 합니다.
골드 필름 위에서 생체 분자가 결합하면 골드 필름 표면의 굴절률이 변하며 굴절률 변화에 따라 SPR angle이 이동합니다.
SPR 시스템은 SPR 각도의 변화를 실시간으로 기록한 센서그램을 획득하여 분자간 결합을 특성화합니다.

SPR angle shift.png

SPR 분석 시스템은 이러한 원리를 이용하여 항원-항체부터 단백질, 핵산, 탄수화물, 지방, 세포, 바이러스 등 다양한 분자에서의 결합을 측정이 가능합니다. 또한 비표지 실시간 분석으로 분자 간 결합의 친화도(affinity) 뿐만 아니라 결합 속도 상수(association rate constant)와 해리 속도 상수(dissociation rate constant) 등의  kinetic 분석도 가능합니다.

Applications of SPR in Life Science

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Yes/No: 결합유무를 확인합니다. 리간드(A)가 고정화된 센서칩에 분석물질(B)를 간단히 흘려주어 반응유무를 확인할 수 있습니다.

Screening: 여러 분석물질을 동일한 리간드에 순차적으로 흘려주어 어느 분석물질이 결합이 우수한지 평가할 수 있습니다.

Concentration: 분석물질의 농도별 센서그램을 획득한 후 농도-신호 그래프를 통해 표준정량커브를 작성할 수 있습니다.

Affinity: 각 농도별 센서그램의 association 구간을 평형단계까지 획득하여 Langmuir isothermal curve를 작성한 후 평형상수 평가를 할 수 있습니다.

Kinetics: 각 농도별 센서그램의 association/dissociation 구간을 획득하여 curve fitting을 통해 속도상수 ka, kd를 평가할 수 있습니다.

Application Note 1

Antibody characterization

Kinetics evaluation of Protein A – Human IgG using iMSPR-mini & COOH-Au chip (2D)

Application Note 2

Protein-chemicals

Kinetics evaluation of CAII– Small compounds using iMSPR-mini & HC1000M

Application Note 3

EPO quality test

Quality test of EPO biopharmaceutical using iMSPR-ProX & COOH chip

Application Note 4

Chemical inhibition test

Inhibition test of Col003 compounds between HSP47 and collagen binding

국민대_논문_하이라이트.png

Article summary 3

Title: An internalizing antibody targeting of cell surface GRP94 effectively suppresses tumor angiogenesis of colorectal cancer 

Journal: Biomedicine & Pharmacotherapy 150 (2022) 113051

Correspond Author: Sukmook Lee, Kookmin University

First Author: Ji Woong Kim, Kookmin University

Application: Cancer, antibody

Model: iMSPR-mini (with kinetics package)

Sensor chip: COOH-Au-chip

Ligand immobilization: Amine coupling

Article summary 2

Title: Discovery of Orphan Olfactory Receptor 6M1 as a New
Anticancer Target in MCF-7 Cells by a Combination of Surface
Plasmon Resonance-Based and Cell-Based Systems

Journal: Sensors 21 (2021) 3468

Correspond Author: Min Jung Kim, Korea Food Research Institute

First Author: Yae Rim Choi, KFRI & Ewha Womans University

Application: Cancer, chemicals

Model: iMeasy300

Sensor chip: Carboxyl Dextran-Au-chip

Ligand immobilization: Amine coupling

Article summary 1

Title: Pig Sera-derived Anti-SARS-CoV-2 Antibodies 
in Surface Plasmon Resonance Biosensors

Journal: Biochip Journal 14 (2020) 358

Correspond Author: Jae-Chul Pyun, Yonsei University

First Author: Tae-Hun Kim, Yonsei University

Application: Covid-19, antibody

Model: iMSPR-mini 

Sensor chip: Lab-made Au-chip

Ligand immobilization: Amine coupling

SPR 분석을 위한 주요 단계

1. Ligand Immobilization

Ligand immobilization 단계는 센서 칩 표면에 ligand를 고정시키는 단계입니다.
항체, 단백질, 핵산, 펩타이드 등 ligand로 사용되는 물질은 매우 다양합니다.
Ligand 물질의 특성에 따라 센서 칩의 표면 기능기(COOH, Biotin, NTA)와 고정화 방법을 결정할 수 있습니다.

amine coupling 방법.jpg

[Amine coupling을 이용한 고정화 단계의 센서그램]

2. Analyte 결합 및 regeneration

Analyte 결합은 analyte 용액을 주입하여 ligand와 결합하며 실시간으로 그래프가 상승하는 association 단계와
running buffer만을 주입하여  ligand에 붙어있던 일부 analyte가 떨어지는 dissociation 단계로 나뉩니다.
이후 ligand에 붙어있는 남은 analyte는 regeneration 용액을 이용하여 제거하면 동일한 센서 칩에서 다른 농도 혹은 다른 종류의 analyte에 대해 계속하여 실험할 수 있습니다.  regeneration 용액은 낮은 pH 버퍼, 높은 pH 버퍼, 이온 강도가 높은 용액 등 다양한 용액들을 ligand-analyte 특성에 따라 선택하여 사용할 수 있습니다.

analyte 결합.jpg

3. Kinetic Evaluation

여러 농도의 analyte를 흘려 association과 dissociation 구간을 관찰한 센서그램을 통해 kinetic parameter들을 계산할 수 있습니다. 1:1 binding model을 통해 결합속도상수 (ka, association rate constant)와 해리속도상수 (kd, dissociation rate constant)를 구합니다. ​해리속도상수를 결합속도상수로 나누어 얻는 평형해리상수 (KD, Equilibrium dissociation constant)는 두 분자 사이의 결합력을 평가하는 parameter로 사용할 수 있습니다.

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