Ақуыз микромассивтері: қағидалары, қолданылуы және артықшылықтары
Protein microarray
Протеин микроматрицы: жоғары өнімді әдіс, протеин өзара әрекеттесуін, белсенділігін анықтайды. Көптеген протеиндерді параллель түрде зерттеуге мүмкіндік береді.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Протеин микромассиві (немесе протеин чипі) – протеиндердің өзара әрекеттесуі мен белсенділігін қадағалау, олардың функциясын анықтау және ірі масштабта функцияларын зерттеу үшін қолданылатын жоғары өнімділік әдісі. Оның басты артықшылығы – көптеген протеиндерді параллель түрде қадағалау мүмкіндігі. Чип шыны слайд, нитроцеллюлоза мембранасы, гранула немесе микротитр пластинасы сияқты тіреу бетінен тұрады, оған протеин тұтқындағыштардың массиві бекітіледі. Әдетте флуоресцентті бояумен белгіленген зонд молекулалары массивке қосылады. Зонд пен бекітілген протеин арасындағы кез келген реакция лазерлік сканермен оқылған флуоресценттік сигналды шығарады. Протеин микромассивтері жылдам, автоматтандырылған, экономикалық және жоғары сезімтал, үлкен мөлшерде сынамалар мен реагенттерді қажет етпейді. Протеин микромассивтерінің түсінігі мен әдістемесі алғаш рет 1983 жылы ғылыми жарияланымдар мен патенттер сериясында антидене микромассивтері (антидене матрицасы деп те аталады) арқылы ұсынылды және көрсетілді. Протеин микромассивтерінің жоғары өнімділік технологиясын дамыту салыстырмалы түрде оңай болды, себебі ол ең көп қолданылатын микромассивтерге айналған ДНК микромассивтері үшін әзірленген технологияға негізделген.
A protein microarray (or protein chip) is a high throughput method used to track the interactions and activities of proteins, and to determine their function, and determining function on a large scale. Its main advantage lies in the fact that large numbers of proteins can be tracked in parallel. The chip consists of a support surface such as a glass slide, nitrocellulose membrane, bead, or microtitre plate, to which an array of capture proteins is bound. Probe molecules, typically labeled with a fluorescent dye, are added to the array. Any reaction between the probe and the immobilised protein emits a fluorescent signal that is read by a laser scanner. Protein microarrays are rapid, automated, economical, and highly sensitive, consuming small quantities of samples and reagents. The concept and methodology of protein microarrays was first introduced and illustrated in antibody microarrays (also referred to as antibody matrix) in 1983 in a scientific publication and a series of patents. The high throughput technology behind the protein microarray was relatively easy to develop since it is based on the technology developed for DNA microarrays, which have become the most widely used microarrays.
Дамуға ынталандыру
Протеиндік микроаррейлер протеомикада ген экспрессиясы деңгейін анықтау үшін ДНК микроаррейлерін қолданудың шектеулеріне байланысты әзірленді. Жасушадағы мРНК мөлшері көбінесе оған сәйкес келетін ақуыздардың экспрессия деңгейін шағылыстырмайды. Жасушаның жауап реакциясындағы функциялық рөлді әдетте ақуыз атқаратындықтан, жаңа тәсіл қажет болды. Бұған қоса, ақуыз функциясын анықтау үшін маңызды болатын трансляциядан кейінгі модификациялар ДНК микроаррейлерінде көрінбейді. Протеиндік микроаррейлер 2D гельдік электрофорез немесе хроматография сияқты дәстүрлі протеомика әдістерін ығыстырады, олар көп уақыт пен еңбек талап ететін және аз мөлшердегі ақуыздарды талдауға қолайсыз болған.
Protein microarrays were developed due to the limitations of using DNA microarrays for determining gene expression levels in proteomics. The quantity of mRNA in the cell often doesn't reflect the expression levels of the proteins they correspond to. Since it is usually the protein, rather than the mRNA, that has the functional role in cell response, a novel approach was needed. Additionally post translational modifications, which are often critical for determining protein function, are not visible on DNA microarrays. Protein microarrays replace traditional proteomics techniques such as 2D gel electrophoresis or chromatography, which were time consuming, labor intensive and ill suited for the analysis of low abundant proteins.
Массивті құру
Белоктар микроскоптық слайдтар, мембраналар, моншақтар немесе микротитрлік пластиналар сияқты қатты бетке орналастырылады. Бұл беттің функциясы – белоктарды қозғалмайтын тіреумен қамтамасыз ету. Ол белоктың табиғи конформациясын сақтай отырып, максималды байланысу қасиеттерін көрсетуі керек, осылайша оның байланысу қабілеті сақталады. Шыны немесе кремнийден жасалған микроскоптық слайдтар жиі қолданылады, себебі олар ДНК микромассивтері технологиясы үшін жасалған, оңай қолжетімді роботтық массивтеушілермен және лазерлік сканерлермен үйлесімді. Нитроцеллюлозалық пленкалық слайдтар протеин микромассивтері үшін ең жоғары байланысуға бейім субстрат ретінде кеңінен қабылданады. Таңдалған қатты бет ақуызды тұрақтандыру, оның денатурациясын болдырмау, оны тиісті бағытта бағыттап, байланысу орындарына қолжетімді ету және байланысу реакциясы жүзеге асырылатын гидрофильді ортаны қамтамасыз ету функцияларын атқаратын қаптамамен жабылады. Бұған қоса, ол анықтау жүйелеріндегі фондық шуды азайту үшін ерекше емес байланыстың минималды деңгейін көрсетуі керек. Сонымен қатар, ол әртүрлі анықтау жүйелерімен үйлесімді болуы тиіс. Тұрақтандырушы агенттерге алюминий немесе алтын қабаттары, гидрофильді полимерлер, полиакриламид гельдері немесе аминдермен, альдегидпен немесе эпоксидпен өңдеу жатады. Қабықтың қолдау бетіне жағылуы үшін физикалық буландыру (PVD) және химиялық буландыру (CVD) сияқты қабық жасау технологиялары қолданылады. Массивтің өндірісі мен жұмыс істеуінің барлық кезеңдерінде белоктың денатурациясын болдырмау үшін сулы орта қажет. Сондықтан, үлгі буферлерінде глицериннің жоғары концентрациясы болады (қату температурасын төмендету үшін), ал өндіріс ортасының ылғалдылығы мұқият реттеледі. Микроойыстар сулы ортаны қамтамасыз етудің және үлгілер арасындағы қиылысқан ластануды болдырмаудың екі есе пайдасын береді. Көптеген протеин массивтерінде роботтар белгілі бір үлгіде жабынған қатты тіреуге көптеген белоктарды немесе олардың лигандтарын орналастырады. Бұл роботтық контактты басу немесе роботтық тамшылату деп аталады. Басқа бір өндіріс әдісі – сияны шашырату, талап бойынша тамшылату, белок полимерлерін қатты бетке қажетті үлгіде таратудың контактсыз әдісі. Пьезоэлектрлік тамшылату – сияны шашыратуға ұқсас әдіс. Басу басы массив бойымен қозғалады және әр нүктеде белок молекулаларын майда саптамалар арқылы бетке жеткізу үшін электрлік стимуляция қолданылады. Бұл да контактсыз процесс. Фотолитография – белоктарды бетке орналастырудың төртінші әдісі. Жарық фотомаскалармен қолданылады, бұл мөлдір емес тақталар, олардағы тесіктер немесе мөлдір бөліктер арқылы жарық белгілі бір үлгіде өтеді. Содан кейін химиялық өңдеулер сериясы фотомасканың астындағы материалға белоктың қажетті үлгіде орналасуына мүмкіндік береді. Қатты бетке орналастырылған тұтқындау молекулалары антиденелер, антигендер, аптамерлер (нуклеин қышқылы негізіндегі лигандтар), аффибодилер (моноклоналды антиденелерді имитациялайтын шағын молекулалар) немесе толық ұзындықтағы белоктар болуы мүмкін. Мұндай белоктардың көздері рекомбинантты белоктарды экспрессиялаудың жасушалық жүйелері, табиғи көздерден тазарту, жасушасыз трансляция жүйелерімен in vitro өндірісі және пептидтер үшін синтетикалық әдістер болып табылады. Бұл әдістердің көптеген түрлерін жоғары өнімді өндіріс үшін автоматтандыруға болады, бірақ синтез немесе экстракция жағдайларына назар аудару қажет, нәтижесінде денатурацияланған белок пайда болады, ол байланысу серігін тани алмайтындықтан, массивті пайдасыз етеді. Белоктар микроортадағы өзгерістерге өте сезімтал. Бұл протеин массивтерін ұзақ уақыт бойы тұрақты күйде ұстауға қатысты қиындық тудырады. 2001 жылы Мингюэ Хэ және Майкл Тауссиг ойлап тапқан және жариялаған in situ әдістері қажет болған кезде ДНК-дан жасушасыз белок экспрессиясы жүйелерін пайдалана отырып, белоктарды тікелей синтездеуді қамтиды. ДНК – өте тұрақты молекула болғандықтан, ол уақыт өте келе бүлінбейді және ұзақ мерзімді сақтауға жарамды. Бұл тәсіл сонымен қатар, белоктарды тазарту және ДНК-ны клондаудың еңбекті және қымбат процестерін болдырмайды, себебі белоктар бір мезгілде жасалып, чиптің бетінде тұрақтандырылады. In situ техникаларының мысалдары: PISA (белоктерді in situ массивте), NAPPA (нуклеин қышқылымен бағдарламаланатын белок массиві) және DAPA (ДНК массивінен белок массивіне).
The proteins are arrayed onto a solid surface such as microscope slides, membranes, beads or microtitre plates. The function of this surface is to provide a support onto which proteins can be immobilized. It should demonstrate maximal binding properties, whilst maintaining the protein in its native conformation so that its binding ability is retained. Microscope slides made of glass or silicon are a popular choice since they are compatible with the easily obtained robotic arrayers and laser scanners that have been developed for DNA microarray technology. Nitrocellulose film slides are broadly accepted as the highest protein binding substrate for protein microarray applications. The chosen solid surface is then covered with a coating that must serve the simultaneous functions of immobilising the protein, preventing its denaturation, orienting it in the appropriate direction so that its binding sites are accessible, and providing a hydrophilic environment in which the binding reaction can occur. It also needs to display minimal non specific binding in order to minimize background noise in the detection systems. Furthermore, it needs to be compatible with different detection systems. Immobilising agents include layers of aluminium or gold, hydrophilic polymers, and polyacrylamide gels, or treatment with amines, aldehyde or epoxy. Thin film technologies like physical vapour deposition (PVD) and chemical vapour deposition (CVD) are employed to apply the coating to the support surface. An aqueous environment is essential at all stages of array manufacture and operation to prevent protein denaturation. Therefore, sample buffers contain a high percent of glycerol (to lower the freezing point), and the humidity of the manufacturing environment is carefully regulated. Microwells have the dual advantage of providing an aqueous environment while preventing cross contamination between samples. In the most common type of protein array, robots place large numbers of proteins or their ligands onto a coated solid support in a pre defined pattern. This is known as robotic contact printing or robotic spotting. Another fabrication method is ink jetting, a drop on demand, non contact method of dispersing the protein polymers onto the solid surface in the desired pattern. Piezoelectric spotting is a similar method to ink jet printing. The printhead moves across the array, and at each spot uses electric stimulation to deliver the protein molecules onto the surface via tiny jets. This is also a non contact process. Photolithography is a fourth method of arraying the proteins onto the surface. Light is used in association with photomasks, opaque plates with holes or transparencies that allow light to shine through in a defined pattern. A series of chemical treatments then enables deposition of the protein in the desired pattern upon the material underneath the photomask. The capture molecules arrayed on the solid surface may be antibodies, antigens, aptamers (nucleic acid based ligands), affibodies (small molecules engineered to mimic monoclonal antibodies), or full length proteins. Sources of such proteins include cell based expression systems for recombinant proteins, purification from natural sources, production in vitro by cell free translation systems, and synthetic methods for peptides. Many of these methods can be automated for high throughput production but care must be taken to avoid conditions of synthesis or extraction that result in a denatured protein which, since it no longer recognizes its binding partner, renders the array useless. Proteins are highly sensitive to changes in their microenvironment. This presents a challenge in maintaining protein arrays in a stable condition over extended periods of time. In situ methods — invented and published by Mingyue He and Michael Taussig in 2001 — involve on chip synthesis of proteins as and when required, directly from the DNA using cell free protein expression systems. Since DNA is a highly stable molecule it does not deteriorate over time and is therefore suited to long term storage. This approach is also advantageous in that it circumvents the laborious and often costly processes of separate protein purification and DNA cloning, since proteins are made and immobilised simultaneously in a single step on the chip surface. Examples of in situ techniques are PISA (protein in situ array), NAPPA (nucleic acid programmable protein array) and DAPA (DNA array to protein array).
Массивтердің түрлері
Қазіргі уақытта ақуыздардың биохимиялық белсенділігін зерттеу үшін қолданылатын ақуыз микроаррелерінің үш түрі бар. Аналитикалық микроаррельдер түсіру массивтері деп те аталады. Бұл әдісте антиденелер, аптамандар немесе аффибодилер кітапханасы тірек бетіне орналастырылады. Олар тұтқын молекулалары ретінде қолданылады, себебі олардың әрқайсысы нақты бір ақуызға ғана ерекше байланысады. Массивті жасуша лизаты сияқты күрделі ақуыз ерітіндісімен сынап көрсетеді. Әртүрлі анықтау жүйелерін пайдалана отырып, нәтижедегі байланыс реакцияларын талдау үлгідегі белгілі бір ақуыздардың экспрессия деңгейлері туралы, сондай-ақ байланыс туыстығы мен ерекшеліктері туралы ақпарат бере алады. Бұл микроаррельдер түрі әртүрлі ерітінділердегі ақуыз экспрессиясын салыстыру үшін өте пайдалы. Мысалы, жасушалардың белгілі бір факторға жауабын белгілі бір заттармен өңделген немесе белгілі бір жағдайларда өсірілген жасушалардың лизаттарын бақылау жасушаларының лизаттарымен салыстыру арқылы анықтауға болады. Тағы бір қолданылуы – аурулы тіндерді анықтау және олардың сипаттамасын жасау. Кері фазалық ақуыз микромассиві (RPPA) тіндердің лизаттары сияқты күрделі үлгілерді қамтиды. Жасушалар қызығушылық тудыратын әртүрлі тіндерден бөлініп, лизденіп алынады. Лизат микромассивке орналастырылады және мақсатты ақуызға қарсы антиденелермен сынап көрсетеді. Бұл антиденелер әдетте химилюминесценттік, флуоресценттік немесе колориметриялық талдаулар арқылы анықталады. Үлгі лизаттарының ақуыздық мөлшерін анықтау үшін сілтеме пептидтері слайдтарға басылады. RPPA өзгерген ақуыздардың немесе аурудың нәтижесі болуы мүмкін басқа факторлардың болуын анықтауға мүмкіндік береді. Атап айтқанда, аурудың нәтижесінде әдетте өзгеретін трансляциялық модификацияларды RPPA қолдану арқылы анықтауға болады.
There are three types of protein microarrays that are currently used to study the biochemical activities of proteins. Analytical microarrays are also known as capture arrays. In this technique, a library of antibodies, aptamers or affibodies is arrayed on the support surface. These are used as capture molecules since each binds specifically to a particular protein. The array is probed with a complex protein solution such as a cell lysate. Analysis of the resulting binding reactions using various detection systems can provide information about expression levels of particular proteins in the sample as well as measurements of binding affinities and specificities. This type of microarray is especially useful in comparing protein expression in different solutions. For instance the response of the cells to a particular factor can be identified by comparing the lysates of cells treated with specific substances or grown under certain conditions with the lysates of control cells. Another application is in the identification and profiling of diseased tissues. Reverse phase protein microarray (RPPA) involve complex samples, such as tissue lysates. Cells are isolated from various tissues of interest and are lysed. The lysate is arrayed onto the microarray and probed with antibodies against the target protein of interest. These antibodies are typically detected with chemiluminescent, fluorescent or colorimetric assays. Reference peptides are printed on the slides to allow for protein quantification of the sample lysates. RPAs allow for the determination of the presence of altered proteins or other agents that may be the result of disease. Specifically, post translational modifications, which are typically altered as a result of disease can be detected using RPAs.
Функционалдық ақуыз микромассивтері
Функционалдық белок микромассивтері (немесе мақсатты белок массивтері) тазартылған көптеген белоктарды бекіту арқылы құрастырылады және белок-белок, белок-ДНК, белок-РНҚ, белок-фосфолипид және белок-кішкентай молекула өзара әрекеттесулерін анықтау, ферменттік белсенділікті бағалау, сондай-ақ антиденелерді анықтау және олардың спецификалық еместігін көрсету үшін қолданылады. Олар аналитикалық массивтерден толық ұзындығындағы функционалдық белоктар немесе белок домендерін қамтитын массивтерден тұрады. Бұл белок чиптері бір экспериментте бүкіл протеомның биохимиялық белсенділігін зерттеу үшін пайдаланылады. Кез келген функционалдық белок микромассивіне негізделген талдаудың негізгі элементі – массивтелген белоктар өзінің табиғи құрылымын сақтап қалуы керек, осылайша массив бетінде мағыналы функционалдық өзара әрекеттесулер жүзеге асуы мүмкін. Тиісті аффинитет белгісін пайдалану арқылы бетке бекітілудің нақты режимін басқарудың артықшылығы – бекітілген белоктардың біртекті бағыты болады, нәтижесінде жоғары спецификалық белсенділік және жоғары сигнал-шу қатынасы, сондай-ақ ерекше емес өзара әрекеттесулерден туындайтын кедергілер азаяды.
Functional protein microarrays (also known as target protein arrays) are constructed by immobilising large numbers of purified proteins and are used to identify protein–protein, protein–DNA, protein–RNA, protein–phospholipid, and protein–small molecule interactions, to assay enzymatic activity and to detect antibodies and demonstrate their specificity. They differ from analytical arrays in that functional protein arrays are composed of arrays containing full length functional proteins or protein domains. These protein chips are used to study the biochemical activities of the entire proteome in a single experiment. The key element in any functional protein microarray based assay is the arrayed proteins must retain their native structure, such that meaningful functional interactions can take place on the array surface. The advantages of controlling the precise mode of surface attachment through use of an appropriate affinity tag are that the immobilised proteins will have a homogeneous orientation resulting in a higher specific activity and higher signal to noise ratio in assays, with less interference from non specific interactions.
Анықтау
Белок массивін анықтау әдістері жоғары сигнал және төмен фонды қамтамасыз етуі керек. Анықтаудың ең көп тараған және кеңінен қолданылатын әдісі – флуоресценттік таңбалау, ол өте сезімтал, қауіпсіз және қолжетімді микромассивтік лазерлік сканерлермен үйлесімді. Аффинитеттік, фотохимиялық немесе радиоизотоптық таңбалар сияқты басқа таңбаларды да қолдануға болады. Бұл таңбалар зондтың өзіне бекітіледі және зондтың мақсатты белокпен реакциясына кедергі келтіруі мүмкін. Сондықтан, беттік плазмалық резонанс (SPR), көміртек нанотүтікшелер, көміртек наножіп сенсорлары (мұнда анықтау өткізгіштіктің өзгеруі арқылы жүзеге асырылады) және микроэлектромеханикалық жүйелер (MEMS) қанаттары сияқты таңбасыз анықтау әдістері қолжетімді. Бұл таңбасыз анықтау әдістерінің барлығы салыстырмалы түрде жаңа және әзірге жоғары өнімділіктегі белок өзара әрекеттесуін анықтауға толыққанды жарамды емес; алайда, олар болашақта үлкен мүмкіндіктер береді. Тиол-ен "синтетикалық қағаз" микробағаналық қаңқаларындағы иммуносараптамалар жоғары флуоресценция сигналын тудырады. Нитроцеллюлозамен жабылған шыны слайдтарындағы белок мөлшерін анықтау үшін жақын инфрақызыл флуоресценттік анықтауды пайдалануға болады. Бұл стандартты флуоресценттік детекторларда қолданылатын ультракүлгін толқын ұзындықтарында нитроцеллюлозаның автофлуоресценциясынан туындайтын кедергілерді азайтады.
Protein array detection methods must give a high signal and a low background. The most common and widely used method for detection is fluorescence labeling which is highly sensitive, safe and compatible with readily available microarray laser scanners. Other labels can be used, such as affinity, photochemical or radioisotope tags. These labels are attached to the probe itself and can interfere with the probe target protein reaction. Therefore, a number of label free detection methods are available, such as surface plasmon resonance (SPR), carbon nanotubes, carbon nanowire sensors (where detection occurs via changes in conductance) and microelectromechanical system (MEMS) cantilevers. All these label free detection methods are relatively new and are not yet suitable for high throughput protein interaction detection; however, they do offer much promise for the future. Immunoassays on thiol ene "synthetic paper" micropillar scaffolds have shown to generate a superior fluorescence signal. Protein quantitation on nitrocellulose coated glass slides can use near IR fluorescent detection. This limits interferences due to auto fluorescence of the nitrocellulose at the UV wavelengths used for standard fluorescent detection probes.
Қолданбалар
Белсенді массивтер қолданылатын бес негізгі сала бар: диагностика, протеомика, белоктың функционалдық талдауы, антиденелерді сипаттау және емдеуді дамыту. Диагностика қан үлгілеріндегі антигендер мен антиденелерді анықтауды; жаңа ауру биомаркерлерін табу үшін сарысуларды профильдеуді; дербес медицинадағы аурудың күйін және терапияға жауапты бақылауды; қоршаған орта мен тағамды бақылауды қамтиды. Диагностикалық мақсаттарда ақуыз микромассивін қолданудың мысалы – цифрлық биоәсерлеу. Бұл технологияда шыны/полимерлік чиптегі микроойыстар массиві магниттік бөлшектермен (флуоресцентті белгіленген антиденелермен қапталған), мақсатты антигендерге ұшыратылады, содан кейін флуоресцентті ойыстарды санау арқылы микроскоппен сипатталады. Жақында осындай микроойысты массивтер үшін тиімді өндірістік платформа (OSTE полимерлерін пайдалана отырып) көрсетілді және биоәсерлеу моделінің жүйесі сәтті сипатталды. Протеомика – белгілі бір жасушаның лизатында қандай ақуыздар экспрессияланатынын, яғни белок экспрессиясын профильдеуге қатысты. Белоктың функционалдық талдауы – белок-белок өзара әрекеттестіктерін (мысалы, белок кешенінің мүшелерін анықтау), белок-фосфолипид өзара әрекеттестіктерін, кішкентай молекулалардың нысаналарын, ферменттік субстраттарды (әсіресе киназалардың субстраттарын) және рецептор лигандтерін анықтау. Антиденелерді сипаттау – кросс-реактивтілікті, спецификтілікті және эпитоптарды карталауды сипаттау. Емдеуді дамыту – аутоиммундық, қатерлі ісік және аллергияға қарсы антигендік терапияны әзірлеуді; жаңа дәрі ретінде қолданылуы мүмкін кішкентай молекулалық нысаналарды анықтауды қамтиды.
There are five major areas where protein arrays are being applied: diagnostics, proteomics, protein functional analysis, antibody characterization, and treatment development. Diagnostics involves the detection of antigens and antibodies in blood samples; the profiling of sera to discover new disease biomarkers; the monitoring of disease states and responses to therapy in personalized medicine; the monitoring of environment and food. Digital bioassay is an example of using protein microarray for diagnostic purposes. In this technology, an array of microwells on a glass/polymer chip are seeded with magnetic beads (coated with fluorescent tagged antibodies), subjected to targeted antigens and then characterised by a microscope through counting fluorescing wells. A cost effective fabrication platform (using OSTE polymers) for such microwell arrays has been recently demonstrated and the bio assay model system has been successfully characterised. Proteomics pertains to protein expression profiling i. e. which proteins are expressed in the lysate of a particular cell. Protein functional analysis is the identification of protein–protein interactions (e. g. identification of members of a protein complex), protein–phospholipid interactions, small molecule targets, enzymatic substrates (particularly the substrates of kinases) and receptor ligands. Antibody characterization is characterizing cross reactivity, specificity and mapping epitopes. Treatment development involves the development of antigen specific therapies for autoimmunity, cancer and allergies; the identification of small molecule targets that could potentially be used as new drugs.
Қиындықтар
Бірнеше компаниялар айтарлықтай инвестиция салғанмен, ақуыздық чиптер әлі нарыққа толып кірген жоқ. Өндірушілер ақуыздарды өңдеудің өте қиын екенін анықтады. Дұрыс бүгілген және функционалды, сенімді, тұрақты, жоғары өнімді ақуыздарды өндіру қиындықтарға толы, себебі олар төмендеген ерігіштікке және инклюзиялық денелердің пайда болуына байланысты ақуыздың төмен өнімділігіне әкеледі. Ақуыздық чипті жасау үшін ДНК чипіне қарағанда көбірек қадамдар қажет. Бұл мәселеге қатысты бірнеше тәсіл бар, олар негізінен ақуыздардың белгісіз, нашар анықталған өзара әрекеттесулер арқылы немесе белгілі өзара әрекеттесулер жиынтығы арқылы бекітілуіне байланысты өзгешеленеді. Бірінші тәсіл қарапайымдылығымен тартымды және табиғи немесе рекомбинантты көздерден алынған тазартылған ақуыздармен үйлесімді, бірақ бірқатар тәуекелдерге ұшырайды. Олардың ең маңыздысы – әрбір ақуыз бен беткей арасындағы өзара әрекеттесудің бақыланбауына байланысты; ең жақсы жағдайда бұл белсенді орталықтары беткеймен жабылатын гетерогенді ақуыз популяциясын тудыруы мүмкін; ең нашар жағдайда, бекітілген ақуыздың жартылай немесе толық беткейлік араласуынан белсенділігі толығымен жойылуы мүмкін. Төмендегі мәселелер бар: 1) ақуыздардың екінші немесе үшінші құрылымын, соның ішінде биологиялық белсенділігін және басқа молекулалармен өзара әрекеттесуін сақтауға мүмкіндік беретін беткейді және бекіту әдісін табу, 2) чиптегі ақуыздардың қысқа мерзім ішінде денатурацияланбауы үшін ұзақ сақталу мерзіміне ие массив жасау, 3) адам геноміндегі әрбір ақуызға қарсы антиденелерді немесе басқа да тұтқын молекулаларын анықтау және бөліп алу, 4) сезімталдықты қамтамасыз ете отырып, фондық шуды болдырмау арқылы байланысқан ақуыздың деңгейін сандық анықтау, 5) одан әрі талдау үшін чиптен анықталған ақуызды алу, 6) тұтқын арқылы ерекше емес байланысты азайту, 7) чиптің сыйымдылығы протеомды мүмкіндігінше толық көруге жеткілікті болуы керек; көп мөлшердегі ақуыздар, әдетте терапиялық тұрғыдан қызығушылық тудыратын сигнал молекулалары және рецепторлар сияқты, аз мөлшердегі ақуыздарды анықтауды қиындатады.
Despite the considerable investments made by several companies, proteins chips have yet to flood the market. Manufacturers have found that proteins are actually quite difficult to handle. Production of reliable, consistent, high throughput proteins that are correctly folded and functional is fraught with difficulties as they often result in low yield of proteins due to decreased solubility and formation of inclusion bodies. A protein chip requires a lot more steps in its creation than does a DNA chip. There are a number of approaches to this problem which differ fundamentally according to whether the proteins are immobilised through non specific, poorly defined interactions, or through a specific set of known interactions. The former approach is attractive in its simplicity and is compatible with purified proteins derived from native or recombinant sources but suffers from a number of risks. Most notable amongst these relate to the uncontrolled nature of the interactions between each protein and the surface; at best, this might give rise to a heterogeneous population of proteins in which active sites are sometimes occluded by the surface; at worst, it might destroy activity altogether due to partial or complete surface mediated unfolding of the immobilised protein. Challenges include: 1) finding a surface and a method of attachment that allows the proteins to maintain their secondary or tertiary structure and thus their biological activity and their interactions with other molecules, 2) producing an array with a long shelf life so that the proteins on the chip do not denature over a short time, 3) identifying and isolating antibodies or other capture molecules against every protein in the human genome, 4) quantifying the levels of bound protein while assuring sensitivity and avoiding background noise, 5) extracting the detected protein from the chip in order to further analyze it, 6) reducing non specific binding by the capture agents, 7) the capacity of the chip must be sufficient to allow as complete a representation of the proteome to be visualized as possible; abundant proteins overwhelm the detection of less abundant proteins such as signaling molecules and receptors, which are generally of more therapeutic interest.