21 世纪下的 AUC：Ole Lamm 设计出分析新方法

At the start of the 21st century, arguably the most important development related to AUC was more about the math than the science of sedimentation velocity experiments.21 世纪初，与 AUC 相关的重大进展，可能更多涉及数学方面的成就而非沉降速度实验科学。

设计出第一台分析型超速离心机的 Svedberg 固然功不可没，但还有一个人不得不提，他是瑞典哥德堡的博士研究生，也是 Svedberg 的学生，沉降速度数据分析方法即是他的研究成果。

他就是 Ole Albert Lamm。

1929 年，Ole Lamm 推导出描述超速离心场中移动边界行为的一般方程。后来，该方程以其名字命名，描述标准扇形分析室中的溶质在超速离心作用下因沉降和扩散而呈现的浓度分布。

在 Lamm 的努力下，沉降分析用一个（微分）方程便可描述。然而，Lamm 方程通常无法直接求解。精确解是无穷级数的积分，只能通过数值积分进行计算。

自 1929 年 Lamm 方程被推导出以来，几乎整个20 世纪，沉降速度（SV）分析及实验配置都受限于无法求得解析解⁴

随着 AUC 应用增多，Hilding Faxén、W.J. Archibald 以及如今的 Hiroshi Fujita 等科学家们针对特定极限情况下的应用，求出了 Lamm 方程的解析解。至少在“千年虫”到来之前，人们正处于 Svedberg 及 Lamm 预言过的计算机盛行时代。

计算机不再像冰箱那般大。在世界各地，“个人计算机”像电视机一样普及。使用 Lamm 方程直接拟合进行 SV 数据分析的软件推出后，15 世人终于认识到 Lamm 方程的巨大潜力。

比如 SEDFIT，该程序由 Peter Schuck 及其同事开发，可快速、稳健生成 Lamm 方程解以拟合 SV 数据。16

SEDFIT 与其他程序共同催生了新的实验策略及应用，⁴ 并使微量溶液污染物的检测、定量以及表征得以开展。¹⁶

早期分析方法在处理极小分子（摩尔量< 3,000）及极大分子（摩尔量> 10,000,000）时问题频出。应用新推出的软件程序，即可突破上述限制，使获得小肽结合、病毒异质性及聚集性等有效信息成为可能。

短短几年之后，一些更先进的 AUC 软件解决方案已经可分析多个实验的组合数据，包括使用不同第一原理获得的数据。此外，其他基于热力学第一原理的程序也可用于沉降平衡（SE）数据分析。^17,18

AUC 与生物制药研究

本世纪前二十年，实践证明 AUC 可在众多新应用及行业（例如，用于化妆品及生物惰性造影剂的纳米产品）中大显身手。¹⁹ 

但 AUC 最重要、最具深远意义的用途之一，还是炙手可热的生物制药领域。

与新分析软件程序的结合，使 AUC 成为功能强大的分析工具，可帮助生物制药科学家评估药物总聚集水平，表征其单体高级结构的异质性与一致性，以及测量其在溶液中的生物物理特性。¹¹

AUC 不仅能提供配方缓冲液中生物制药样品聚集体数量及大小分布的独立信息（几乎没有建立任何方法），而且由于其采用不同于排阻色谱（SEC）的原理，避免了对 SEC 结果可能造成的不利影响。

此外，AUC 甚至可以在药物开发早期阶段，即有效的 SEC 方法落实到位之前提供这些信息。即使后续样品配方缓冲液与 SEC 流动相存在差异，也可确保使用 SEC 方法依然能提供有效的聚集信息。¹¹ 

粒度分析方面，AUC 比 SEC 更灵活，可用于表征各种生物药品，范围包括小肽以及病毒、病毒样颗粒（VLPS）、基因治疗给药系统中所用的纳米颗粒等大蛋白颗粒。

许多革命性新疗法专注于攻克一些最普遍、最致命的癌症，比如胰腺癌、乳腺癌、结肠癌、肺癌、前列腺癌等的疗法。但这仅仅是开端而已。

同样令人振奋的是，AUC 已应用于抗体疗法（已被视为金标准）、糖疫苗、DNA 治疗系统以及治疗各种疾病（从过敏到肥胖症）的大分子靶向疗法。²⁰ 
当下，再如何强调 AUC 的重要性都不为过。

如今，硬件（归功于 Svedberg、Pickels、Beckman 等人的研发）与软件（归功于 Lamm、Fujita 及 Schuck 及其同事的研发）强强联合，AUC 一跃成为 21 世纪大分子研究不可替代的工具。
遗憾的是，Arnold Beckman 于 2004 年去世，享年 104 岁。彼时，工程与计算机编程的结合才刚刚开始，他已无缘再看到其对 AUC 发展产生的巨大影响。

相较之下，Howard Schachman 穷极职业生涯，几乎终生投身 AUC 技术研究，与其他人相比，有幸见证该领域更多的技术演变。然而，2016 年，Howard Schachman 也与世长辞，享年 97 岁。
然而巧合的是，同年，贝克曼库尔特生命科学公司隆重推出最先进的分析型超速离心机 Optima  AUC。如果 Schachman 尚在世，他必定对这款新产品赞赏有加。

Optima AUC：新机型新标准

近期，贝克曼库尔特生命科学公司推出新一代机型Optima AUC，助力 AUC 重获蛋白质研究及大分子表征研究领域领导地位。

Optima AUC 以更快速的扫描速率、更精确的波长精度及更高数据分辨率，为科学家提供更精准的研究结果。由于转头转速高达 60,000 转/分钟，Optima AUC 的数据采集速率超出 ProteomeLab XL-A /XL-I 近五倍，径向分辨率则高出三倍，因此可生成将近 15 倍的精准数据。

目前，Optima AUC 配备吸光度/干涉光学系统，用户可选择安装三种同步检测独立系统。但与 ProteomeLab XL-A/XL-I 不同，Optima AUC 所有系统光学元件均安装在转头室外，更加便于维护。

15 英寸（38 cm）触摸屏可显示实验设计进展信息。无论置身何处，研究人员均可使用远程监控功能，设置、监控并提取实验数据。

Optima AUC 与 ProteomeLab XL-A/XL-I 相比，由于使用相同的分析室、转头及软件，两款机型可实现兼容，而在图像分辨率及每室可捕获干涉条纹数量方面，Optima AUC 则更胜一筹。

如今，我们生活在高度互联的世界中。无论身处何处，只要有网络连接，研究人员即可使用新推出的 Optima AUC 远程监控实验进展。
展望未来，AUC 的未来必将无可限量。

⁴Schuck P. Sedimentation velocity analytical ultracentrifugation: discrete species and size-distributions of macromolecules and particles. Boca Raton (FL): CRC Press; 2016.
¹¹ Berkowitz SA, Philo JS. Characterizing biopharmaceuticals using analytical ultracentrifugation. In: Houde DJ, Berkowitz SA, editors. Biophysical characterization of proteins in developing pharmaceuticals. Waltham (MA): Elsevier; 2015.
¹⁵ Schuck P. Sedimentation analysis of noninteracting and self-associating solutes using numerical solutions to the Lamm equation. Biophys J 1998;75:1503–1512.
¹⁶ Laue T. Analytical ultracentrifugation: a powerful ‘new’ technology in drug discovery. Drug Discovery Today: Technologies 2004;1(3):309-315.
¹⁷ Johnson ML, Correia JJ, Yphantis DA, et al. Analysis of data from the analytical ultracentrifuge by nonlinear least-squares techniques. Biophys J 1981;36:575–588.
¹⁸Vistica J, Dam J, Balbo A, et al. Sedimentation equilibrium analysis of protein interactions with global implicit mass conservation constraints and systematic noise decomposition. Anal Biochem 2004;326:234–256.
¹⁹Kaur IP, Kakkar V, Deol PK, et al. Issues and concerns in nanotech product development and its commercialization. J Control Release 2014;193:51-62.