【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于样品制备、数据生成和蛋白质冠分析的系统和方法
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求2019年8月5日提交的美国临时申请号62/883,107的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于此。
技术介绍
[0002]蛋白质组学信息在科学和医学中的大规模实施已经落后于基因组学，这大部分地是因为蛋白质分子本身固有的复杂性，需要复杂的工作流程，这限制了这种分析的可扩展性。本文中公开了用于快速且自动化的样品制备、处理蛋白质组学数据以及鉴定与患病状态相关的关键生物标志物的系统、方法和试剂盒。
技术实现思路
[0003]本公开内容提供用于蛋白质冠制备和分析的自动化的系统、方法和试剂盒。在一些方面中，本公开内容提供一种用于从复杂生物样品中生成生物分子的子集的自动化装置，所述自动化装置包括：(i)包括多个分区的基底，其中所述多个分区包括多种颗粒；(ii)包括所述复杂生物样品的样品储存单元；以及(iii)至少跨所述基底可移动的加载单元，其中所述加载单元将所述样品储存单元中的一个或多个体积的所述复杂生物样品转移至所述基底上的所述多个分区，从而使所述多个分区中的所述多种颗粒与所述复杂生物样品的生物分子接触而形成生物分子冠，从而生成所述复杂生物样品的生物分子的所述子集，并且其中相对于存在于所述复杂生物样品中的生物分子的动态范围，生物分子的所述子集的动态范围被压缩。在一些实施方案中，所述基底是多孔板。在一些实施方案中，生物分子的所述子集包含来自所述复杂生物样品的在6个数量级浓度范围内的生物分子类型的至少20％至至少60％。在一些实施方...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于从复杂生物样品中生成生物分子的子集的自动化装置，所述自动化装置包括：(a)包括多个分区的基底，其中所述多个分区包括多种颗粒；(b)包括所述复杂生物样品的样品储存单元；以及(c)至少跨所述基底可移动的加载单元，其中所述加载单元将所述样品储存单元中的一个或多个体积的所述复杂生物样品转移至所述基底上的所述多个分区，从而使所述多个分区中的所述多种颗粒与所述复杂生物样品的生物分子接触而形成生物分子冠，从而生成所述复杂生物样品的生物分子的所述子集，并且其中相对于存在于所述复杂生物样品中的生物分子的动态范围，生物分子的所述子集的动态范围被压缩。2.如权利要求1所述的自动化装置，其进一步包括孵育元件，所述孵育元件搅动或加热所述多个分区中所述复杂生物样品的体积内的所述多种颗粒的体积。3.如权利要求2所述的自动化装置，其中所述孵育元件被配置为振摇、混合、搅拌、旋转、振动、静止或其任何组合。4.如权利要求2或3所述的自动化装置，其中所述孵育元件被配置为将所述基底加热和/或孵育至约20℃至约100℃的温度。5.如权利要求1
‑
4中任一项所述的自动化装置，其中所述多个分区至少部分地被覆盖或密封。6.如权利要求5所述的自动化装置，其中所述自动化装置包括添加或移除所述基底上的盖的能力，其中所述盖覆盖所述多个分区中的至少一个分区。7.如权利要求1
‑
6中任一项所述的自动化装置，其进一步包括包含重悬浮溶液的单元。8.如权利要求7所述的自动化装置，其中所述重悬浮溶液包含Tris EDTA 150mM KCl 0.05％CHAPS缓冲剂。9.如权利要求7所述的自动化装置，其中所述重悬浮溶液包含10mM Tris HClpH 7.4、1mM EDTA。10.如权利要求1
‑
9中任一项所述的自动化装置，其进一步包括包含变性溶液的单元。11.如权利要求10所述的自动化装置，其中所述变性溶液包含蛋白酶。12.如权利要求10或11所述的自动化装置，其中所述变性溶液包含还原剂、甲基化剂、胍、脲、脱氧胆酸钠、乙腈或其任何组合。13.如权利要求10
‑
12中任一项所述的自动化装置，其中所述变性溶液产生质量小于4600道尔顿的平均肽片段。14.如权利要求1
‑
13中任一项所述的自动化装置，其中所述基底是多孔板。15.如权利要求1
‑
14中任一项所述的自动化装置，其中所述加载单元包括多个移液管。16.如权利要求1
‑
15中任一项所述的自动化装置，其中所述加载单元被配置为将10uL至400uL的溶液分配至所述多个分区中的一个或多个分区中。17.如权利要求16所述的自动化装置，其中所述加载单元被配置为将5uL至150uL的溶液分配至所述多个分区中的一个或多个分区中。18.如权利要求16所述的自动化装置，其中所述加载单元被配置为将35uL至80uL的溶
液分配至所述多个分区中的一个或多个分区中。19.如权利要求16
‑
18中任一项所述的自动化装置，其中所述溶液选自洗涤溶液、所述重悬浮溶液、所述变性溶液、缓冲剂和试剂。20.如权利要求1
‑
19中任一项所述的自动化装置，其中所述加载单元被配置为将10uL至400uL的所述复杂生物样品分配至所述多个分区中的一个或多个分区中。21.如权利要求20所述的自动化装置，其中所述加载单元被配置为将5uL至150uL的所述复杂生物样品分配至所述多个分区中的一个或多个分区中。22.如权利要求20所述的自动化装置，其中所述加载单元被配置为将35uL至80uL的所述复杂生物样品分配至所述多个分区中的一个或多个分区中。23.如权利要求1
‑
22中任一项所述的自动化装置，其中所述复杂生物样品包含来自受试者的生物流体。24.如权利要求23所述的自动化装置，其中所述复杂生物样品包括血浆、血清、尿液、脑脊髓液、滑液、泪液、唾液、全血、乳、乳头抽吸物、导管灌洗物、阴道液、鼻液、耳液、胃液、胰液、小梁液、肺灌洗物、汗液、沟液、精液、前列腺液、痰、粪便物、支气管灌洗物、来自拭子的流体、支气管抽吸物、流态化固体、细针抽吸样品、组织匀浆、淋巴液、细胞培养物样品或其任何组合。25.如权利要求1
‑
18中任一项所述的自动化装置，其进一步包括磁体。26.如权利要求25所述的自动化装置，其中所述多种颗粒中的一种或多种颗粒是磁性颗粒，并且所述基底和所述磁体处于邻近，以至一种或多种所述磁性颗粒被固定化在所述基底上。27.如权利要求1
‑
26中任一项所述的自动化装置，其进一步包括外壳，其中所述基底和所述加载单元位于所述外壳中，并且所述外壳是至少部分封闭的。28.如权利要求1
‑
27中任一项所述的自动化装置，其中经压缩的所述动态范围包括浓度在所述样品中的最丰富的生物分子的6个数量级内的生物分子类型的数量的增高。29.如权利要求28所述的自动化装置，其中经压缩的所述动态范围包括浓度在所述样品中的最丰富的生物分子的5个数量级内的生物分子类型的数量的增高。30.如权利要求29所述的自动化装置，其中经压缩的所述动态范围包括浓度在所述样品中的最丰富的生物分子的4个数量级内的生物分子类型的数量的增高。31.如权利要求30所述的自动化装置，其中经压缩的所述动态范围包括浓度在所述样品中最丰富的蛋白质的6个数量级内的蛋白质类型的数量的增高。32.如权利要求31所述的自动化装置，其中浓度在所述样品中最浓的生物分子的6个数量级内的生物分子类型的数量的所述增高是至少25％、50％、100％、200％、300％、500％或1000％。33.如权利要求1
‑
32中任一项所述的自动化装置，其中经压缩的所述动态范围包括浓度在所述样品中最丰富的蛋白质的6个数量级内的蛋白质类型的数量的增高。34.如权利要求33所述的自动化装置，其中浓度在所述样品中最丰富的蛋白质的6个数量级内的蛋白质类型的数量的所述增高是至少25％、50％、100％、200％、300％、500％或1000％。35.如权利要求1
‑
34中任一项所述的自动化装置，其中生物分子的所述子集包含来自
所述复杂生物样品的在6个数量级浓度范围内的生物分子类型的至少20％至至少60％。36.如权利要求35所述的自动化装置，其中生物分子的所述子集包含来自所述复杂生物样品的在6个数量级浓度范围内的蛋白质类型的至少20％至至少60％。37.如权利要求1
‑
36中任一项所述的自动化装置，其中所述生物分子冠的生物分子的动态范围是在多种生物分子冠中生物分子的前十分位数与生物分子的末十分位数的第一比率。38.如权利要求1
‑
36中任一项所述的自动化装置，其中所述生物分子冠的生物分子的动态范围是第一比率，所述第一比率包括在所述多种生物分子冠中生物分子的四分位数间距的跨度。39.如权利要求1
‑
38中任一项所述的自动化装置，其中所述生成从所述复杂生物样品富集低丰度生物分子。40.如权利要求33所述的自动化装置，其中所述低丰度生物分子是在所述复杂生物样品中处于10ng/mL或更小浓度的生物分子。41.如权利要求1
‑
34中任一项所述的自动化装置，其中来自所述复杂生物样品的生物分子的所述子集包含蛋白质。42.如权利要求41所述的自动化装置，其中所述复杂生物样品的脂质浓度的至多10mg/mL变化导致从所述复杂生物样品生成的生物分子的所述子集中的所述蛋白质的组成的小于10％、5％、2％或1％的变化。43.如权利要求1
‑
42中任一项所述的自动化装置，其中来自所述多种颗粒中的至少两种颗粒区别在于至少一种物理化学特性。44.如权利要求43所述的自动化装置，其中所述至少一种物理化学特性选自：组成、尺寸、表面电荷、疏水性、亲水性、表面官能度、表面形貌、表面曲率、孔隙率、芯材料、壳材料、形状，及其任何组合。45.如权利要求44所述的自动化装置，其中所述表面官能度包括氨基丙基官能化、胺官能化、硼酸官能化、羧酸官能化、甲基官能化、N
‑
琥珀酰亚胺基酯官能化、PEG官能化、链霉亲和素官能化、甲基醚官能化、三乙氧基丙基氨基硅烷官能化、硫醇官能化、PCP官能化、柠檬酸盐官能化、硫辛酸官能化、BPEI官能化。46.如权利要求1
‑
45中任一项所述的自动化装置，其中所述多种颗粒中的颗粒选自：胶束、脂质体、铁氧化物颗粒、银颗粒、金颗粒、钯颗粒、量子点、铂颗粒、钛颗粒、二氧化硅颗粒、金属或无机氧化物颗粒、合成的聚合物颗粒、共聚物颗粒、三元共聚物颗粒、具有金属芯的聚合物颗粒、具有金属氧化物芯的聚合物颗粒、聚苯乙烯磺酸盐颗粒、聚氧化乙烯颗粒、聚氧乙烯二醇颗粒、聚乙烯亚胺颗粒、聚乳酸颗粒、聚己内酯颗粒、聚乙醇酸颗粒、聚(丙交酯共乙交酯)聚合物颗粒、纤维素醚聚合物颗粒、聚乙烯吡咯烷酮颗粒、聚乙酸乙烯酯颗粒、聚乙烯吡咯烷酮
‑
乙酸乙烯酯共聚物颗粒、聚乙烯醇颗粒、丙烯酸酯颗粒、聚丙烯酸颗粒、巴豆酸共聚物颗粒、聚乙烯膦酸酯颗粒、聚亚烷基颗粒、羧基乙烯基聚合物颗粒、藻酸钠颗粒、卡拉胶颗粒、黄原胶颗粒、阿拉伯树胶颗粒、阿拉伯胶颗粒、瓜尔胶颗粒、支链淀粉颗粒、琼脂颗粒、几丁质颗粒、壳聚糖颗粒、果胶颗粒、刺梧桐胶颗粒、角豆胶颗粒、麦芽糖糊精颗粒、直链淀粉颗粒、玉米淀粉颗粒、土豆淀粉颗粒、稻米淀粉颗粒、木薯淀粉颗粒、豌豆淀粉颗粒、红薯淀粉颗粒、大麦淀粉颗粒、小麦淀粉颗粒、羟丙基化高直链淀粉颗粒、糊精颗粒、果
聚糖颗粒、elsinan颗粒、谷蛋白颗粒、胶原蛋白颗粒、乳清蛋白分离物颗粒、酪蛋白颗粒、乳蛋白质颗粒、大豆蛋白质颗粒、角蛋白颗粒、聚乙烯颗粒、聚碳酸酯颗粒、聚酸酐颗粒、聚羟基酸颗粒、聚富马酸丙酯颗粒、聚己内酯颗粒、聚胺颗粒、聚缩醛颗粒、聚醚颗粒、聚酯颗粒、聚(原酸酯)颗粒、聚氰基丙烯酸酯颗粒、、聚氨酯颗粒、聚磷腈颗粒、聚丙烯酸酯颗粒、聚甲基丙烯酸酯颗粒、聚氰基丙烯酸酯颗粒、聚脲颗粒、聚胺颗粒、聚苯乙烯颗粒、聚(赖氨酸)颗粒、壳聚糖颗粒、葡聚糖颗粒、聚(丙烯酰胺)颗粒、衍生的聚(丙烯酰胺)颗粒、明胶颗粒、淀粉颗粒、壳聚糖颗粒、葡聚糖颗粒、明胶颗粒、淀粉颗粒、聚β
‑
氨基酯颗粒、聚(酰胺基胺)颗粒、聚乳酸共羟基乙酸颗粒、聚酸酐颗粒、生物可还原性聚合物颗粒、和2
‑
(3
‑
氨基丙基氨基)乙醇颗粒、及其任何组合。47.如权利要求1
‑
46中任一项所述的自动化装置，其中所述多种颗粒中的一种或多种颗粒在与所述复杂生物样品接触时吸附至少100种类型的蛋白质。48.如权利要求1
‑
47中任一项所述的方法，其中所述多种颗粒包括至少2种不同颗粒类型，至少3种不同颗粒类型、至少4种不同颗粒类型、至少5种不同颗粒类型、至少6种不同颗粒类型、至少7种不同颗粒类型、至少8种不同颗粒类型、至少9种不同颗粒类型、至少10种不同颗粒类型、至少11种不同颗粒类型、至少12种不同颗粒类型、至少13种不同颗粒类型、至少14种不同颗粒类型、至少15种不同颗粒类型、至少20种不同颗粒类型、至少25种颗粒类型或至少30种不同颗粒类型。49.如权利要求1
‑
48中任一项所述的自动化装置，其中所述生物分子冠的生物分子包括多个蛋白质群组。50.如权利要求49所述的自动化装置，其中所述多个蛋白质群组包括1至20,000个蛋白质群组。51.如权利要求50所述的自动化装置，其中所述多个蛋白质群组包括100至10,000个蛋白质群组。52.如权利要求51所述的自动化装置，其中所述多个蛋白质群组包括100至5000个蛋白质群组。53.如权利要求52所述的自动化装置，其中所述多个蛋白质群组包括300至2,200个蛋白质群组。54.如权利要求53所述的自动化装置，其中所述多个蛋白质群组包括1,200至2,200个蛋白质群组。55.如权利要求1
‑
54中任一项所述的自动化装置，其中所述多个分区中的至少两个分区包含不同的缓冲剂。56.如权利要求55所述的自动化装置，其中所述不同的缓冲剂区别在于pH、盐度、克分子渗透压浓度、粘度、介电常数或其任何组合。57.如权利要求1
‑
56中任一项所述的自动化装置，其中所述多个分区中的至少两个分区包含不同比率的缓冲剂与所述复杂生物样品。58.如权利要求1
‑
57中任一项所述的自动化装置，其中所述多个分区中的一个或多个分区包含1pM至100nM纳米颗粒。59.如权利要求1
‑
58中任一项所述的自动化装置，其中所述多个分区中的至少两个分区包含不同浓度的纳米颗粒。
60.如权利要求1
‑
59中任一项所述的自动化装置，其进一步包括纯化单元。61.如权利要求60所述的自动化装置，其中所述纯化单元包括固相萃取(SPE)板。62.如权利要求1
‑
61中任一项所述的自动化装置，其中所述自动化装置在小于7小时内从复杂生物样品生成生物分子的所述子集。63.一种自动化系统，其包括：(a)权利要求1
‑
56中任一项所述的自动化装置，所述自动化装置被配置为从所述生物样品中分离生物分子的子集；(b)质谱仪，所述质谱仪被配置为接收生物分子的所述子集并且生成包括质谱信号或串联质谱信号的数据；以及(c)包括一个或多个计算机处理器的计算机以及包括机器可执行代码的计算机可读介质，所述机器可执行代码当由所述一个或多个计算机处理器执行时实施一种方法，所述方法包括：i.生成生物分子指纹，以及ii.基于所述生物分子指纹而确定生物状态。64.如权利要求63所述的自动化系统，其中所述生物分子指纹包括多种不同生物分子冠签名。65.如权利要求64所述的自动化系统，其中所述生物分子指纹包括至少5、10、20、40或者80、150或200种不同生物分子冠签名。66.如权利要求63
‑
65中任一项所述的自动化系统，其中所述计算机被配置为处理所述数据，所述数据包括多种不同生物分子冠签名中的质谱信号或串联质谱信号的强度、APEX、光谱计数或肽的数量或离子迁移行为。67.如权利要求66所述的自动化系统，其中所述计算机被配置为处理来自多种不同生物分子冠签名中的100至2000个质谱信号或串联质谱信号的数据。68.如权利要求67所述的自动化系统，其中所述计算机被配置为处理包括多种不同生物分子冠签名中的10,000至5,000,000个质谱信号或串联质谱信号的强度的数据。69.如权利要求63
‑
68中任一项所述的自动化系统，其中所述生物分子指纹由来自单个质谱或串联质谱运行的数据生成。70.如权利要求69所述的自动化系统，其中所述单个质谱或串联质谱运行小于一小时。71.如权利要求63
‑
70中任一项所述的自动化系统，其中所述计算机被配置为基于质谱信号或串联质谱信号和/或离子迁移和色谱行为而鉴定生物分子或者表征未鉴定的分子特征，并且其中所述计算机提供至少95％的确定性阈值来鉴定特征或表征未鉴定的特征。72.如权利要求63
‑
71中任一项所述的自动化系统，其中所述自动化系统被配置为在小于约10小时内从所述复杂生物样品生成所述生物分子指纹。73.如权利要求63
‑
72中任一项所述的自动化系统，其中所述计算机能够辨别与差异小于10％、5％、2％或1％的生物分子指纹相关的两种或更多种生物状态。74.如权利要求63
‑
73中任一项所述的自动化系统，其中所述生物状态是疾病、病症或组织异常。75.如权利要求75所述的自动化系统，其中所述疾病是早期或中期疾病状态。76.如权利要求74或75所述的自动化系统，其中所述疾病是癌症。
77.如权利要求76所述的自动化系统，其中所述癌症是0期癌症或1期癌症。78.如权利要求76或77所述的自动化系统，其中所述癌症选自：肺癌、胰腺癌、骨髓瘤、髓系白血病、脑膜瘤、胶质母细胞瘤、乳癌、食管鳞状细胞癌、胃腺癌、前列腺癌、膀胱癌、卵巢癌、甲状腺癌、神经内分泌癌、结肠癌、卵巢癌、头颈癌、霍奇金氏病、非霍奇金氏淋巴瘤、直肠癌、泌尿器官癌、子宫癌、口腔癌、皮肤癌、胃癌、脑瘤、肝癌、喉癌、食管癌、乳房肿瘤、纤维肉瘤、粘液肉瘤、脂肪肉瘤、软骨肉瘤、成骨肉瘤、脊索瘤、血管肉瘤、内皮肉瘤、尤文肉瘤、鳞状细胞癌、基底细胞癌、腺癌、汗腺癌、皮脂腺癌、乳头状癌、乳头状腺癌、囊腺癌、髓样癌、支气管癌、肾细胞癌、肝细胞癌、胆管癌、绒毛膜癌、精原细胞瘤、胚胎癌、维尔姆斯瘤、宫颈癌、睾丸瘤、子宫内膜癌、肺癌、小细胞肺癌、膀胱癌、上皮癌、胶质母细胞瘤、神经瘤、颅咽管瘤、神经鞘瘤、胶质瘤、星形细胞瘤、脑膜瘤、黑色素瘤、神经母细胞瘤、视网膜母细胞瘤、白血病和淋巴瘤、急性淋巴细胞白血病和急性髓细胞性真性红细胞增多症、多发性骨髓瘤、Waldenstrom巨球蛋白血症和重链病、急性非淋巴细胞白血病、慢性淋巴细胞白血病、慢性髓性白血病、非儿童型急性淋巴样白血病(ALL)、胸腺ALL、B细胞ALL、急性巨核细胞白血病、伯基特淋巴瘤和T细胞白血病、小细胞肺癌和大细胞非小细胞肺癌、急性粒细胞白血病、生殖细胞肿瘤、子宫内膜癌、胃癌、毛细胞白血病或甲状腺癌。79.如权利要求74
‑
78中任一项所述的自动化系统，其中所述生物状态是病前状态。80.如权利要求63
‑
79中任一项所述的自动化系统，其中确定包括将在所述复杂生物样品中浓度跨度至少7至至少12个数量级的两种生物分子的丰度进行比较。81.一种辨别复杂生物样品的生物状态的方法，所述方法包括：(a)将所述复杂生物样品提供至如权利要求1
‑
56中任一项所述的自动化装置以生成生物分子的子集；(b)测定生物分子的所述子集以生成生物分子指纹；以及(c)利用所述生物分子指纹来辨别所述复杂生物样品的生物状态。82.如权利要求81所述的方法，其中所述生物分子指纹包括蛋白质。83.如权利要求81或82所述的方法，其中来自所述复杂生物样品的生物分子的所述子集包括与所述复杂生物样品相比清蛋白与非清蛋白肽的较低比率。84.如权利要求81
‑
83中任一项所述的方法，其中生物分子的所述子集包含在所述复杂生物样品中浓度范围跨至少6至至少12个数量级的生物分子。85.如权利要求81
‑
84中任一项所述的方法，其中生物分子的所述子集包含在所述复杂生物样品中浓度范围跨至少6至至少12个数量级的蛋白质。86.如权利要求81
‑
85中任一项所述的方法，其中所述生物分子指纹包括1至74,000个蛋白质群组。87.如权利要求81
‑
86中任一项所述的方法，其中所述测定包括解吸来自所述多种生物分子冠中的生物分子冠的多种生物分子。88.如权利要求87所述的方法，其中所述测定包括化学修饰来自经解吸的所述多种生物分子中的生物分子。89.如权利要求87所述的方法，其中所述测定包括使来自经解吸的所述多种生物分子中的生物分子碎裂。90.如权利要求89所述的方法，其中所述碎裂包括蛋白酶消化。
91.如权利要求89所述的方法，其中所述碎裂包括化学肽切割。92.如权利要求87
‑
91中任一项所述的方法，其中所述测定包括收集经解吸的所述多种生物分子。93.如权利要求92所述的方法，其中所述测定包括纯化收集的经解吸的所述多种生物分子。94.如权利要求93所述的方法，其中所述纯化包括固相萃取。95.如权利要求93或94所述的方法，其中所述纯化从收集的经解吸的所述多种生物分子消耗非蛋白质生物分子。96.如权利要求87所述的方法，其中所述测定包括弃去经解吸的所述多种生物分子。97.如权利要求87
‑
96中任一项所述的方法，其中所述测定包括从所述多种生物分子冠中的生物分子冠解吸第一子集生物分子和第二子集生物分子，分析来自所述第一子集生物分子中的生物分子，以及分析来自所述第二子集生物分子中的生物分子。98.如权利要求81
‑
97中任一项所述的方法，其中所述测定包括利用质谱法、串联质谱法、质谱流式细胞术、质谱流式细胞术、电位分析法、荧光测定法、...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。