微流控技術(shù)為高通量藥物發(fā)現(xiàn)提供與人體生理學(xué)相關(guān)的細(xì)胞模型

Fluxion Biosciences首席執(zhí)行官（CEO）Jeff Jensen介紹了微流控技術(shù)如何通過與人體生理學(xué)相關(guān)的細(xì)胞模型促進(jìn)藥物發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域的進(jìn)步。

Fluxion Biosciences是微流控技術(shù)的領(lǐng)先制造商，能夠使用與人體生理學(xué)相關(guān)的細(xì)胞模型進(jìn)行藥物發(fā)現(xiàn)及生命科學(xué)研究。據(jù)麥姆斯咨詢報道，其創(chuàng)新解決方案為許多研究領(lǐng)域帶來福音，其中包括篩選靶向離子通道的藥物和開發(fā)用于實(shí)體瘤的嵌合抗原受體T細(xì)胞（CAR-T）療法等。

體外模型是研究疾病及其治療反應(yīng)的有價值工具，然而，仍需要更多與人體生理學(xué)相關(guān)的細(xì)胞模型，以便更準(zhǔn)確地復(fù)制人體內(nèi)部反應(yīng)。微流控技術(shù)可以準(zhǔn)確地模擬體內(nèi)環(huán)境，為基于細(xì)胞的藥物篩選提供一項(xiàng)經(jīng)過驗(yàn)證的技術(shù)。

利用微流控技術(shù)復(fù)制人體生物學(xué)

Fluxion Biosciences的產(chǎn)品主要分為三個系列：自動膜片鉗（IonFlux）、細(xì)胞分析（BioFlux）和液體活檢（IsoFlux）。所有產(chǎn)品系列的基本概念是能夠在微流控系統(tǒng)中移動、操縱和控制細(xì)胞微環(huán)境。

微流控技術(shù)通過精確控制細(xì)胞微環(huán)境，引入了一種研究藥物與靶點(diǎn)相互作用的新方法。Fluxion Biosciences首席執(zhí)行官Jeff Jensen解釋道：“我們的最終目標(biāo)是使用微流控模型模擬人體細(xì)胞的行為，從而減少對動物實(shí)驗(yàn)的需求?！边@與美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）現(xiàn)代化法案2.0相一致，該法案鼓勵開發(fā)替代技術(shù)，使用人體來源的細(xì)胞改善藥物與靶點(diǎn)之間的相互作用，并使其比傳統(tǒng)動物模型更具相關(guān)性和預(yù)測性。

Jensen描述了微流控技術(shù)的核心部分，并將其等同于計算機(jī)芯片的開發(fā)過程。Jensen表示：“從本質(zhì)上講，我們應(yīng)用計算機(jī)芯片制造工藝來制造具有小通道的微型硅芯片，然后利用這些硅芯片制造微流控‘芯片’。通過這種方法，我們可以同時進(jìn)行數(shù)百個實(shí)驗(yàn)，而不是每次只做一個，從而實(shí)現(xiàn)了‘多路復(fù)用’的實(shí)驗(yàn)，同時達(dá)到了‘收縮’實(shí)驗(yàn)規(guī)模的目的。這種可擴(kuò)展性，再加上對細(xì)胞微環(huán)境的精確控制，是微流控的真正優(yōu)勢?！?/p>

針對不同應(yīng)用的綜合性微流控產(chǎn)品組合

Fluxion Biosciences的微流控技術(shù)憑借其IonFlux、BioFlux和IsoFlux平臺在多個領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，這些領(lǐng)域包括腫瘤學(xué)、免疫學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、微生物學(xué)和血液學(xué)等。

Jensen解釋道：“IonFlux平臺專注于研究離子通道，離子通道是調(diào)節(jié)各種細(xì)胞功能的關(guān)鍵膜蛋白。”離子通道是重要的藥物靶點(diǎn)，但必須小心控制調(diào)節(jié)度，避免出現(xiàn)脫靶效應(yīng)，如心率變化。IonFlux可用于研究離子通道的生物學(xué)和病理生理學(xué)，使制藥公司能夠識別有效調(diào)節(jié)離子通道的藥物，這些藥物可以抑制或增強(qiáng)離子通道的活性，以達(dá)到不同的目的。Fluxion Biosciences的IonFlux系統(tǒng)重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）功能疾病、分子遺傳學(xué)和細(xì)胞電生理學(xué)等。Jensen補(bǔ)充道：“這個多功能平臺廣泛應(yīng)用于從學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)研究到制藥行業(yè)的高通量初步篩選等領(lǐng)域。”

BioFlux系統(tǒng)是一個專門用于研究在生理性剪切流動下細(xì)胞相互作用的平臺。Jensen解釋道：“舉個例子，我們可以制造一個‘動脈芯片（artery-on-a-chip）’，在這個環(huán)境中我們可以復(fù)制人體動脈條件，并研究其細(xì)胞間的相互作用?！痹撈脚_可以直接利用血液樣本，而且每次實(shí)驗(yàn)只需約100或200微升的少量樣本。這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)橐闷溥M(jìn)行與人體生理學(xué)相關(guān)的研究，并開發(fā)針對各種病癥（包括動脈粥樣硬化、血栓形成、傳染病和免疫失調(diào)）的治療方法。

BioFlux平臺：利用微流控技術(shù)推進(jìn)細(xì)胞相互作用的分析

Jensen表示：“第三個平臺IsoFlux針對的是液體活檢，旨在從生物樣本中富集完整的稀有細(xì)胞，并為進(jìn)一步分析做好準(zhǔn)備，從而提供一種在分子水平上診斷癌癥而無需進(jìn)行組織活檢的非侵入性方法。相反，我們利用IsoFlux平臺通過分析患者的血液樣本對其癌癥做出診斷?！边@種技術(shù)分離并分析由原發(fā)性腫瘤在血液中脫落的循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTC），為患者的準(zhǔn)確診斷和適當(dāng)?shù)闹委煕Q策提供分子層面的見解。

利用微流控技術(shù)獲取與人體生理學(xué)相關(guān)的數(shù)據(jù)

許多細(xì)胞在受到機(jī)械作用時會改變行為。例如，與在培養(yǎng)皿中的靜止?fàn)顟B(tài)相比，當(dāng)血液細(xì)胞在循環(huán)系統(tǒng)中流動時，其行為會有明顯的不同。Jensen表示：“動態(tài)流動會導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生表型行為的變化。因此，為了準(zhǔn)確地復(fù)制細(xì)胞在體內(nèi)的行為，必須測定該流動能力?！?/p>

過去，研究人員通過將兩塊玻璃或塑料夾在一起，在中間形成通道，來創(chuàng)造宏觀尺度的流動條件。流動的血液或其它細(xì)胞流經(jīng)這個通道，可以提供流動著的細(xì)胞行為和響應(yīng)潛在治療處理的信息。

傳統(tǒng)手工制程費(fèi)時費(fèi)力，并且產(chǎn)量低，因此Fluxion Biosciences采用類似計算機(jī)芯片制造的方案，并將其集成到微流控芯片中，簡化了工作流程并提高了通量。這種以微型化方式同時運(yùn)行許多實(shí)驗(yàn)的新能力在藥物發(fā)現(xiàn)中具有重要意義，它改變了科學(xué)家進(jìn)行細(xì)胞相互作用的研究方式，適用于多種應(yīng)用。

BioFlux在免疫學(xué)、癌癥、CAR-T細(xì)胞療法開發(fā)、傳染病、鐮狀細(xì)胞病研究和其它各種領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。研究人員利用它來獲得功能上的見解，評估候選藥物的效果并了解它們的療效。

利用BioFlux開發(fā)針對實(shí)體瘤的CAR-T細(xì)胞療法

在癌癥治療中，包括CAR-T細(xì)胞在內(nèi)的過繼細(xì)胞療法已經(jīng)取得了顯著的成果，這些療法主要針對的是血癌。CAR-T細(xì)胞是經(jīng)過基因改造的T細(xì)胞，其可以改變內(nèi)源性T細(xì)胞的特異性，使T細(xì)胞能夠識別、激活并殺死癌細(xì)胞。然而，將這些療法應(yīng)用到實(shí)體瘤上卻面臨著特殊的挑戰(zhàn)。在血癌中，CAR-T細(xì)胞和癌細(xì)胞在血液中很容易接觸，但與血癌不同，要想有效殺死實(shí)體腫細(xì)胞，需要CAR-T細(xì)胞到達(dá)腫瘤部位才行。而針對實(shí)體瘤，將AR-T細(xì)胞運(yùn)送到免疫抑制的微環(huán)境是一個巨大的挑戰(zhàn)。

BioFlux平臺旨在優(yōu)化針對實(shí)體瘤的CAR-T細(xì)胞療法的開發(fā)。Jensen解釋說：“盡管人們可以開發(fā)出一種CAR-T方法來證明其能夠殺死癌細(xì)胞，但最重要的是要確保CAR-T細(xì)胞能夠有效地到達(dá)目標(biāo)部位。通過BioFlux，我們可以模擬這一過程的部分環(huán)節(jié)，研究CAR-T細(xì)胞的遷移、與內(nèi)皮細(xì)胞的結(jié)合、通過內(nèi)皮細(xì)胞的遷移以及最終與腫瘤的結(jié)合?！?/p>

Fluxion Biosciences提供的微流控技術(shù)平臺對于研究者在藥物優(yōu)化階段，了解CAR-T方法如何在人體生理學(xué)相關(guān)背景下發(fā)揮作用非常有益。Jensen補(bǔ)充道：“雖然BioFlux通常不適合進(jìn)行高通量初級篩選，但我們的用戶使用它來獲得有關(guān)CAR-T細(xì)胞在復(fù)雜環(huán)境中功能和行為的寶貴見解?！?/p>

利用人體生理學(xué)相關(guān)解決方案推動發(fā)展

Jensen表示：“無論是在基礎(chǔ)研究還是藥物發(fā)現(xiàn)中，一個明顯的趨勢是更多的使用人體生理學(xué)相關(guān)的細(xì)胞模型。Fluxion Biosciences正積極擴(kuò)展在這一領(lǐng)域的研究，重點(diǎn)關(guān)注3D細(xì)胞生物學(xué)和‘器官芯片（Organs-on-a-chip）’測定?！?D細(xì)胞生物學(xué)模型正獲得越來越多的支持，以便更準(zhǔn)確地復(fù)制人體內(nèi)的環(huán)境及其相互作用行為。這些人體生理學(xué)相關(guān)的細(xì)胞模型對于了解藥物發(fā)現(xiàn)中目標(biāo)物的真實(shí)生物學(xué)相互作用機(jī)制和潛在毒性至關(guān)重要。

Jensen預(yù)測，微流控技術(shù)不僅在基礎(chǔ)研究和藥物發(fā)現(xiàn)中，而且在診斷和個性化患者治療中都將產(chǎn)生重大影響。Jensen補(bǔ)充說：“作為這一領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，我們非常高興能夠站在這些令人興奮的進(jìn)展的前沿?！?/p>

利用微流控技術(shù)有可能推動生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的變革性進(jìn)步。這種整合可以加速藥物發(fā)現(xiàn)，并為科學(xué)家提供人體生理學(xué)相關(guān)的細(xì)胞模型，同時提高研究的轉(zhuǎn)化潛力。研究人員利用這些尖端的工具可以更深入地了解人體生物學(xué)的復(fù)雜性，從而制定更有效的藥物發(fā)現(xiàn)計劃和診斷解決方案。