伯杰動態(tài)

在體外診斷（IVD）領域，原料是試劑的核心，抗原、抗體和酶等原料對試劑盒的檢測特異性、靈敏度和穩(wěn)定性起著至關重要的作用。然而，由于研發(fā)生產(chǎn)技術門檻較高，在上世紀九十年代至本世紀初的十年間，國內(nèi)IVD試劑的原料主要依賴進口。為了實現(xiàn)IVD原料的國產(chǎn)化替代，經(jīng)過兩代人近二十年的不懈努力，近年來終于基本實現(xiàn)了IVD原料的大范圍國產(chǎn)化，且原料性能逐步接近國際領先水平。

隨著以邁瑞為代表的國產(chǎn)IVD試劑的強勢崛起，對核心原料的性能要求也日益提高，如特異性更好的抗體、靈敏度更高的抗原、穩(wěn)定性更強的酶等。這不僅要求原料質(zhì)量更優(yōu)，還要求開發(fā)周期更短、迭代速度更快，給IVD原料開發(fā)者帶來了新的挑戰(zhàn)。

為應對這一局面，我們不斷探索創(chuàng)新。從雜交瘤抗體篩選的自動化改造，到引入兔單B細胞抗體開發(fā)平臺，解決了IVD原料的研發(fā)周期問題。然而，由于涉及大量濕實驗，迭代速度仍然較慢。為此，我們引入了AI算法和模型，為IVD原料的迭代帶來了新的突破。

在開發(fā)AD項目的抗原時，為了提升抗原活性，我們以原始氨基酸序列為基礎，通過AlphaFold2預測其3D結(jié)構，利用IEDB預測抗原表位并結(jié)合3D結(jié)構，識別出抗原的核心區(qū)域。隨后，使用RFdiffusion進行骨架設計，選取評分較高的骨架結(jié)構作為候選骨架。再用ProteinMPNN生成氨基酸序列，并進行AlphaFold2建模，對結(jié)構和序列進行優(yōu)化設計。最終，選取候選序列進行重組表達，通過ELISA驗證，篩選活性較原始抗原更高的抗原。

在IVD抗體開發(fā)項目中，我們通過ESM-IF1進行反向折疊設計抗體序列。以一個AD抗體項目為例，前期通過小鼠雜交瘤技術篩選到一對較好的抗體，但在試劑盒開發(fā)中發(fā)現(xiàn)，該抗體的檢測試劑靈敏度低于市面上的經(jīng)典試劑。為提升試劑檢測性能，我們從原料端入手，借助AI方法進行抗體迭代。

具體方案為：通過IgFold程序預測抗體Fv區(qū)結(jié)構，獲得抗體的Fv 3D結(jié)構，并利用ESM-IF1模型生成多樣化的突變序列。由于生成的抗體突變序列較多，我們對生成的抗體進行了合理性驗證，從中優(yōu)選了抗體序列進行高通量基因合成及重組表達。表達上清進行BLI親和力測試，優(yōu)選了高親和力的抗體純化后，進一步進行ELISA驗證。

除了抗原抗體的設計改造，我們還在布局分子酶的AI改造工作。以PCR試劑為例，其在呼吸道檢測中應用廣泛，但由于體系自身原因，必須冷藏保存，給生產(chǎn)、運輸及終端使用帶來不便。為解決PCR試劑常溫保存難題，我們對自研的Taq酶進行同源建模（SWISS-MODEL），獲得Taq酶的3D結(jié)構。同樣使用RFdiffusion進行Taq酶骨架區(qū)設計，選取評分較高的骨架結(jié)構作為候選骨架。再用ProteinMPNN生成氨基酸序列，并進行AlphaFold2結(jié)構預測。在結(jié)構可視化軟件PyMOL中進行結(jié)構重疊比對，計算生成序列結(jié)構和原始結(jié)構的RMSD，并調(diào)用EMSFold計算Taq酶結(jié)構的pLDDT。通過RMSD和pLDDT進行Taq酶序列篩選，進行E.coli重組表達并純化，對獲得的Taq酶進行酶活測試和穩(wěn)定性測試。

隨著DeepSeek等AI大模型的興起，AI技術在IVD原料開發(fā)中的應用將越來越普遍。我們將緊跟技術發(fā)展前沿，充分利用AI工具，為IVD原料的行業(yè)發(fā)展貢獻更多力量。