$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Sias to kwaśne cukry pokrywające łańcuchy glikanów na powierzchni komórki glikoproteiny i glikolipidy u kręgowców. Ekspresja Sia jest modyfikowana w komórkach nowotworowych1 i koreluje z progresją i/lub przerzutami2,3. Dwie z głównych form Sia u ssaków to Neu5Ac i jego hydroksylowana forma, Neu5Gc2. Ludzie nie mogą syntetyzować Neu5Gc z powodu specyficznej inaktywacji genu kodującego enzym CMAH . Ta nie-ludzka Sia metabolicznie włącza się do ludzkich komórek jako "ja", pochodząca z pokarmów bogatych w Neu5Gc (np. czerwone mięso)4,5. Neu5Gc występuje w niewielkich ilościach na powierzchni komórek ludzkiego nabłonka i śródbłonka, ale szczególnie kumuluje się w rakach. Neu5Gc jest rozpoznawany jako obcy przez ludzki humoralny układ odpornościowy2,6. Złożoność antygenowa glikanów Neu5Gc może powstać na wielu poziomach, w tym modyfikacji Neu5Tc, wiązania, leżących u podstaw glikanów i rusztowań oraz ich gęstości, a wszystko to odzwierciedla złożoność odpowiedzi przeciwciał anty-Neu5Gc u ludzi6. Niektóre z tych przeciwciał służą jako biomarkery raka i potencjalne immunoterapeutyki7. Pojawienie się chemoenzymatycznej syntezy różnych sialoglikanów8 utorowało drogę do bardziej dogłębnej analizy takich przeciwciał, ułatwionej dzięki zastosowaniu technologii mikromacierzy glikanowej9,10. W ten sposób, dzięki ułatwionemu przygotowywaniu i manipulowaniu dużymi bibliotekami naturalnych i syntetycznych węglowodanów, mikromacierze glikanowe stały się potężną, wysokowydajną technologią do badania interakcji węglowodanów z niezliczonymi biomolekułami10,11,12,13. W formacie matrycowym używane są minimalne ilości materiałów, a ten wielowartościowy wyświetlacz biologicznie istotnych glikanów pozwala na badanie tysięcy interakcji wiążących w jednym eksperymencie. Co ważne, technologia ta może być również stosowana do odkrywania biomarkerów i monitorowania odpowiedzi immunologicznej w różnych próbkach7,12.
Udana produkcja mikromacierzy glikanowej wymaga rozważenia trzech ważnych aspektów: typu robota drukarki, chemii koniugacji glikanów i optyki detekcyjnej. Jeśli chodzi o rozważania dotyczące przyrządów drukujących, dostępne są dwie techniki: drukarki kontaktowe i bezdotykowe. W druku kontaktowym 1-48 stalowych kołków zanurza się w wielodołkowej płytce źródłowej zawierającej roztwór glikanu i nakraplacza się je na funkcjonalizowanych szkiełkach podstawowych poprzez bezpośredni kontakt z powierzchnią szkiełka. Ilość roztworu dostarczonego do szkiełka jest funkcją czasu utrzymywania się na powierzchni szkiełka. Zazwyczaj próbki są najpierw wstępnie nakrapiane na pustaku szklanym (w celu uzyskania jednorodnych miejsc), zanim zostaną wydrukowane na powierzchni szkiełka. W drukarkach bezdotykowych (np. drukarkach piezoelektronicznych) glikany są drukowane ze szklanej kapilary za pomocą kontrolowanych sygnałów elektrycznych. Sygnał elektryczny można precyzyjnie skalibrować, aby uzyskać bardziej precyzyjne drukowanie w porównaniu z drukowaniem kontaktowym. Wielkość i morfologia plam są również stosunkowo bardziej jednorodne. Dodatkowym atutem jest recykling próbki z powrotem na płytę źródłową po wydrukowaniu. Niemniej jednak główną wadą drukarek piezoelektronicznych jest ograniczenie końcówek drukujących (4 lub 8), co skutkuje bardzo długim czasem drukowania, co wymaga szczególnej uwagi na stabilność suwaka, temperaturę, wilgotność i parowanie próbki. Bezdotykowa drukarka atramentowa wymaga większych objętości próbek14.
W przeciwieństwie do ograniczonych dostępnych opcji metod drukowania, chemia koniugacji glikanów jest bardziej złożonym rozważaniem, z wieloma opcjami do wyboru. Wybrana chemia immobilizacji musi uwzględniać zarówno grupy aktywne glikanów, jak i reaktywność powierzchni szkiełka. Glikany, które mają być unieruchomione na określonej powierzchni mikromacierzy, syntetyzowane syntetycznie lub naturalnie izolowane, wymagają identycznej grupy reaktywnej. Ponadto glikany muszą być czyste i jednorodne. Z drugiej strony, powierzchnia unieruchomienia i skład chemiczny powinny zapewniać powtarzalność i niezawodną gęstość przyczepu. Opracowano wiele metod immobilizacji z kowalencyjnym lub niekowalencyjnym (absorpcja fizyczna) attachment10,11,12,13. Aby uzyskać bardzo szczegółowe informacje na temat technologii drukowanych mikromacierzy glikanowych dla niewtajemniczonych badaczy, zapoznaj się z tymi doskonałymi recenzjami 13,15. Co ważne, niedawna inicjatywa Minimum Informacji Wymaganych w Eksperymencie Glikomiksowym (MIRAGE) opisuje wytyczne dotyczące przygotowywania próbek16 oraz raportowania danych z analiz mikromacierzy glikanów17 w celu poprawy standardów w tej rozwijającej się dziedzinie.
Tutaj opisujemy szczegółowy protokół wytwarzania mikromacierzy sialoglykanów przy użyciu specjalnej nano-drukarki kontaktowej w formacie 16-dołkowym. Każdy z glikanów ma pierwszorzędową aminę, która pośredniczy w ich kowalencyjnym połączeniu ze szkiełkami aktywowanymi żywicą epoksydową. Opisujemy również opracowanie i analizę jednego preparatu przy użyciu różnych próbek surowic ludzkich, przeciwciał i lektyn roślinnych wiążących Sia. Testy mikromacierzy Sialoglycan obejmują kilka głównych etapów, które obejmują wytwarzanie, przetwarzanie, opracowywanie i analizę. Produkcja macierzy wymaga zaplanowania układu matrycy, przygotowania glikanów i płytki źródłowej, zaprogramowania nanodrukarki i wydrukowania slajdów. Następnie slajdy są przetwarzane, wywoływane i analizowane (Rysunek 1).