Destiny,Pharma抗菌藥XF-73,美國臨床試驗收獲積極數據

Destiny,Pharma抗菌藥XF-73,美國臨床試驗收獲積極數據

2016年09月11日訊 近日，英國生物制藥公司Destiny Pharma的新型抗菌藥物制藥XF-73 （Exeporfinium chloride）在美國的臨床試驗中表現出令人滿意的安全性、耐受性和有效性，該藥物是卟啉類化合物，用于治療多重耐用性抗甲氧西林金黃色葡萄球菌感染，去年被FDA授予QIDP資格。

美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）下屬的國家過敏和傳染病研究所（NIAID）贊助支持了第二階段的臨床試驗，由克利夫蘭凱斯西儲大學和加州Anaheim兩個臨床試驗中心共同承擔。F-73 （Exeporfinium chloride）為鼻內用凝膠，該項臨床試驗評估了安全性、耐受性和有效性。第一階段的安全性試驗在8名受試者中進行，第二階段的安全性試驗在48名健康的受試者中進行，但是這些受試者鼻腔內檢有金黃色葡萄球菌。

第二階段雙盲、安慰劑對照試驗檢測了兩個不同濃度（0.5和2.0mg/g）和不同粘性 （2%和4%）exeporfinium chloride在鼻腔內用藥五天后的耐受性和有效性，數據證明兩種濃度安全性都很好，受試者完全耐受，并且在血液中沒有檢出藥物成分。Destiny Pharma表示，exeporfinium chloride試驗組和安慰劑組表現出了相似的安全性，這一點非常關鍵，因為該藥物在設計時希望被用作預防感染的措施。整體而言，exeporfinium chloride在用藥一天后就能快速抵御葡萄球菌感染，2.0mg/g的凝膠與安慰劑相比具有顯著的有效性，并且在用藥期間一直持續(xù)。

Destiny Pharma的CEO Bill Love表示，非常高興能夠看到這一積極的臨床試驗結果，公司希望將來向FDA提交上市申請，用于預防手術后的金黃色葡萄球菌感染。接下來公司將盡快推進下一階段的臨床試驗，以期盡早將該藥物推向市場。

那些已經實現了人類再生技術，你需要哪一款？

【東音社按】這兩年，在日本，人類進入100歲時代，成為熱點話題。日本，其生物科技技術的領先地位，是其成為長壽之國的重要原因。這里，東音社特別選取了日經BP資深編輯整理的，影響人類生命的13項黑科技，以饗讀者。本文整理自《黑科技：驅動世界的100項技術》一書，經東方出版社授權發(fā)布。

再生醫(yī)療是利用正常的細胞組織治療因生病、受損而失去功能的臟器和人體組織的技術。再生醫(yī)療大體可以分為培養(yǎng)表皮、軟骨、片狀心肌細胞，細胞重組，向人體注射細胞、使用細胞藥物等幾種方法。目前獲得日本醫(yī)藥品醫(yī)療設備法律（《藥機法》）批準、納入保險治療范疇的再生醫(yī)療產品共有四種。其中，利用細胞再生、重組等組織工程學技術的產品共有三種，分別是J-TEC（Japan Tissue Engineering）公司推出的體外培養(yǎng)患者表皮細胞切片、用于治療燒傷的“Jace”產品；培養(yǎng)患者的軟骨細胞，包入高分子凝膠后移植到關節(jié)的“Jack”產品；泰爾茂（TERUMO CORPORATION）公司推出的將嚴重心衰患者的肌肉細胞切片、移植到心臟表面的“Heart Sheet”產品等。

細胞藥物方面，JCR制藥（JCR Pharmaceticals）公司推出了“TEMCELL HS注”產品。將骨髓間充質干細胞作為有效成分，可以有效控制白血病造血干細胞移植后產生的免疫反應。

無論是風險企業(yè)還是大型制藥企業(yè)，日本國內再生醫(yī)療產品的研發(fā)技術迅速發(fā)展。

“免疫檢查點抑制劑”幫助免疫T細胞識別人體免疫反應的漏網癌細胞，利用T細胞攻擊癌細胞進而達到治療目的。

人體免疫系統可以識別和排除異物。免疫系統的一部分，一種名為“細胞毒性T細胞”的免疫細胞主要負責識別和攻擊異物。當然人體免疫系統為了避免免疫過度攻擊自體細胞，所以預留了抑制免疫反應的通路，這就是“免疫檢查點”。

免疫檢查點抑制劑就是阻礙免疫檢查點，刺激細胞毒性T細胞攻擊癌細胞的新型抗癌藥物。癌細胞十分狡猾，會利用免疫檢查點的機制巧妙避開免疫T細胞的攻擊。

代表性的免疫檢查點抑制劑有小野藥品工業(yè)（ONO PHARMACEUTI-CAL）的“Opdivo”、美國默克集團（Merck）的MSD的“Keytruda”等。Opdivo和Keytruda等藥物與細胞毒性T細胞表面的“PD1”免疫檢查點分子結合，阻礙部分癌細胞的PDL1和PD1的結合，也就解除了免疫反應的限制。

Opdivo等藥物在部分癌癥治療中發(fā)揮了令人驚嘆的效果，各家公司也紛紛加入免疫檢查點抑制劑的開發(fā)陣營，競爭愈發(fā)激烈。與Opdivo類似，除了與PD1分子結合外，也有與PDL1結合，或者與其他免疫檢查點分子結合的藥物陸續(xù)研發(fā)成功。

癌細胞感染上溶瘤病毒后，病毒會迅速繁殖并最終溶解癌細胞。癌細胞被溶解、破壞后，溶瘤病毒會擴散到細胞外，繼續(xù)感染下一個癌細胞。這也會激活人體自身的免疫功能。如果與熱門的Opdivo等癌癥治療藥物一起使用，治療將取得事半功倍的效果。

溶瘤病毒可以改變、重配多種病毒的基因，比如導致感冒的腺病毒，導致單純性皰疹感染癥的皰疹病毒等。這些特性可以防止癌細胞以外的細胞感染病毒，即使感染也很難繁殖。

2015年，美國安進（Amgen）公司的IMLYGIC正式獲得審批。此后多家大型制藥公司紛紛出手，以獲得風險企業(yè)研發(fā)的藥品技術和銷售權。

日本也在研發(fā)相關技術。Oncolys BioPharma公司在溶瘤病毒研究方面取得了不菲成績，研發(fā)出了Telomelysin，并于2017年在日本招募食道癌患者開始臨床試驗。

嵌合抗原受體T細胞免疫療法（CART療法）是將免疫細胞改造成人為攻擊型細胞，強力摧毀癌細胞的細胞療法。

CART療法的主流療法利用了癌癥患者自身的T細胞。具體來說，首先從癌癥患者的血液中分離出一種名為“T細胞”（圖中藍色細胞）的免疫細胞，在T細胞中嵌入“嵌合抗原受體”（圖3-4上橙色部分）基因。嵌入成分的T細胞只對癌細胞產生反應，具有攻擊癌細胞的免疫細胞功能。增加“超強攻擊型”T細胞的數量后重新輸入患者體內。此時回到患者體內的超攻擊型T細胞充分發(fā)揮癌細胞的攻擊作用，同時增強細胞活性并不斷繁殖，保證長期的高度攻擊能力。

2017年8月末，瑞士諾華公司（Novartis）研發(fā)的“tisagenlecleucel”嵌合抗原受體T細胞療法（CART療法）首次被美國認可。

接受CART療法治療后，大部分患者的病情得到控制。諾華公司以一種危及生命的白血病為實驗對象，以癌細胞共通的記號作為目標，使用CART療法進行治療，用藥3個月之后發(fā)現，83%的患者體內癌細胞幾乎全部消失。

此外，惡性淋巴瘤治療方面，Kite制藥（Kite Pharma）風險企業(yè)已經向美國遞交了CART療法的認定申請。日本國內方面，諾華日本法人公司諾華制藥，與寶日醫(yī)生物技術及第一三共公司（Daiichi Sankyo Company）共同研發(fā)重度白血病、惡性淋巴瘤方面的CART療法應用。與超強攻擊效果相伴生的是CART療法的副作用。應用于臨床后，如何快速發(fā)現、應對副作用也成為需要解決的課題。此外，現階段的CART療法全部是“量身定做”，生產和配送成本高昂。相關方今后不僅要考慮如何降低成本，還應該從社會層面研究醫(yī)療費的支付難題。

在可能患癌的部位輕輕一噴，幾分鐘之內只有癌細胞部位會發(fā)光，這就是“癌癥熒光噴霧”。不久的將來，癌癥熒光噴霧作為輔助內鏡檢查和手術的利器，有可能出現在醫(yī)療現場。

為了將這種噴霧應用于乳腺癌“術中快速病理診斷”技術中，2018年獲得藥品批準，目前癌癥熒光噴霧的性能評審工作已經全面開展。食道癌的內鏡檢查、手術安全性測試工作也拉開序幕。

這種噴霧的學名是“熒光探針”，由東京大學研究生院藥學研究科、醫(yī)學系醫(yī)學研究科的浦野泰照教授與美國國立衛(wèi)生研究所（NIH）小林久隆主任研究員共同開發(fā)。試劑與某些蛋白分解酶反應后就會發(fā)出熒光，其主要成分是有機小分子。

熒光探針是一種結合了氨基酸和若丹明類熒光分子的試劑，正常狀態(tài)下無色無熒光。試劑遇到癌細胞表面的蛋白分解酶后，加水分解的熒光分子馬上從氨基酸中游離出來，進入癌細胞內部并發(fā)出熒光。在疑似癌癥的地方只要噴上不到1毫克的噴霧，幾分鐘內患癌之處就會亮起來。

該試劑臨床研究的重要領域就是乳腺癌。為了避免病灶殘留，乳腺癌手術過程中需要現場制作切片（切除斷面）標本，檢測癌細胞是否徹底清除，這就是“術中快速病理診斷”。熒光探針技術可以迅速做出診斷，是減輕外科、病理醫(yī)生負擔的重要手段。

迄今為止，熒光探針技術在驗證中取得了90%以上的準確率，可以明確識別乳腺癌。以濟生會福岡綜合醫(yī)院（福岡市）為中心，多所機構正在對乳腺癌進行臨床研究，并收集一整年的數據。按照要求，向醫(yī)藥品醫(yī)療器械綜合機構（Pharmaceuticals and Medical Devices Agency，PMDA）申請進行藥物臨床試驗時，必須提交相關數據?？斓脑挓晒馓结槍⒃?018年度提出藥品準入申請。

在乳腺癌手術中，為了保護乳房形態(tài)完整，很多患者都選擇了部分切除，但是部分切除法也增加了癌癥殘留的風險。為了檢查有無殘留，所以手術中需要進行“術中迅速病理診斷”，但是不少醫(yī)療機構都面臨著病理醫(yī)生不足、業(yè)務量大等問題，很難徹底實行。

五稜化藥（Goryo Chemical）和浜松光電（Hamamatsu Photonics）公司都加入了研究陣營。東京大學浦野教授授權，五稜化藥負責制造熒光探針，浜松光電則著手研發(fā)量化測量熒光強度的裝置。

“體內醫(yī)院”是人體自身在必要場合、必要時間進行診斷和治療的技術。

被稱為“智能納米機器”的納米分子在體內游走，對癌癥等疾病進行現場診斷和治療。納米醫(yī)療項目中心（Innovation Center of Nano Medicine）以“體內醫(yī)院”為主要目標，該項目已經入選日本文部科學省創(chuàng)新產出項目據點COINS計劃，中心主任是片岡一則。

為了實現智能納米機器技術，片岡等人開發(fā)出了靶向攻擊癌癥的藥品釋放系統。利用親水性和疏水性高分子作為組織，用納米膠囊（高分子膠束）包裹藥劑直達患處進行治療。

包裹抗癌藥的高分子膠束開發(fā)凝結了眾人心血，需要把高分子膠束的直徑設計成病毒大小的30納米和100納米，只有這樣才能保證其不會進入正常組織的血管間隙，但能進入癌癥組織血管特有的大間距縫隙。只有這樣才能保證對癌癥的靶向用藥效果。

癌癥組織的PH（氫離子指數）值低于正常組織，發(fā)生反應后，高分子膠束破損，內部的抗癌藥被釋放出來。高分子膠束像“特洛伊木馬”一樣進入癌癥組織，發(fā)起猛烈進攻。不少企業(yè)正在研發(fā)包裹抗癌藥物的高分子膠束技術，臨床試驗正在進行中。

包裹抗癌藥物的高分子膠束是實現智能納米機器技術的第一步。第二步，片岡等人正在致力于兼具診斷、治療效果的藥劑研發(fā)。成果之一就是“納米機器造影劑”，它有利于通過MRI（核磁共振成像）可視化檢查癌癥中惡性、難以治療的部分。包裹了錳造影劑的納米粒子在胃酸的作用下，只對癌癥特有的環(huán)境產生反應，釋放造影劑。

片岡認為納米機器技術的最終目標是收集患者體內的所有生物信息，反饋給內置于體內的芯片，從而完成疾病診斷?？梢哉f這個設想與小行星探測器構造相像，也許未來的哪一天，半個世紀前科幻電影《神奇的旅程》（Fantastic Voyage）中描繪的世界真的會成為現實。

“虛擬腸鏡”利用多層螺旋CT（計算機斷層攝影）拍攝大腸，通過計算機處理制作大腸的三維圖像，幫助醫(yī)生發(fā)現息肉、癌癥病變，也被稱作“CT結腸鏡”。

虛擬腸鏡使用16排以上的多層CT短時間內精確拍攝大腸的蠕動情況，這種技術已經開始在臨床使用。多層CT拍攝的無數薄片橫斷圖像組合成三維圖像后，幾乎與內窺鏡的觀察效果相差無幾，所以這種技術也被稱為“虛擬內窺鏡”。

經過臨床觀察研究，虛擬腸鏡技術在找出病變的靈敏度、特異度方面與內窺鏡檢查不分伯仲，不少深度體檢機構也開始引入虛擬腸鏡檢查。大腸褶皺多且形狀彎曲，使用虛擬腸鏡之后，即使是隱藏在褶皺內側的病變也可以準確發(fā)現。

CT檢查過程中，少量的放射線輻射是不可避免的，據日本國立癌癥研究中心介紹，模擬整個虛擬腸鏡檢查過程后，二體位的輻射量共計為2-3mSv，是灌腸X射線檢測輻射量（10-12mSv）的約1/5。

目前的大腸癌檢查中，首先需要對患者進行大便潛血試驗，確定為陽性后再進行大腸內窺鏡檢查。考慮到服用瀉藥、事先處理過程的復雜和羞恥心等眾多因素，女性對內窺鏡檢測往往敬而遠之。而且實際檢測過程中，真正需要檢測的人群只有三成左右。不僅如此，檢查時內窺鏡從肛門插入再拔出，隱藏在大腸褶皺內側的隱藏病變很難被發(fā)現。

腸道細菌療法是一種向大腸注入腸道菌群，調整腸部環(huán)境，治療和預防疾病的治療方法。有研究報告表明，腸道菌群中的正常菌群紊亂是腹瀉、便秘、肥胖的主要原因。最近又有研究結果證明，腸道菌群不僅會導致潰瘍性大腸炎、過敏性腸炎等疑難疾病，還會誘發(fā)神經系統疾病、冠狀動脈疾病等多種疾病。

腸內細菌的注入分為以下幾種：糞便的腸內移植，腸內缺少細菌的膠囊移植、治療腸部菌群疾病的投藥等。

日本國內多家醫(yī)療機構就糞便移植療法進行臨床試驗和研究，研究的對象是容易感染疑難腸道傳染病、潰瘍性大腸炎的老年住院患者。其中順天堂大學的研究小組主要對潰瘍性大腸炎患者進行糞便移植和抗菌藥組合治療方法的研究。服用抗菌藥物后，腸內菌群的數量大幅減少，而移植糞便后，腸內菌群得到極大改善。

治療過程中，抗菌藥服用完畢后，在當日采集的患者糞便中加入200克左右的生理鹽水，制作400毫升左右的溶液，將溶液注入闌尾。移植完成6小時內，用大腸內窺鏡檢查確認。

迄今為止的臨床研究中，約八成完成治療的患者癥狀明顯改善，研究者對腸道菌群進行分析后發(fā)現，與無效菌群相比，有效菌群的主要構成細菌——“擬桿菌門”比例大幅增加，說明患者腸內的菌群逐漸穩(wěn)定。

順天堂大學研究小組今后計劃開展克羅恩病的糞便移植和抗菌藥組合治療方法?？寺〔』颊叩哪c道菌群十分紊亂。

“非侵入式血糖持續(xù)檢測”是一種不采血（非侵入式）而直接測定血糖變化的檢測手段。該方法在患者腹部、腕部皮下組織安裝傳感器，通過測定組織間質液的葡萄糖電流轉換來模擬血糖數值的上下變動。

2017年1月，患者自己隨時測量血糖的“FreeStyle Libre”產品問世，9月納入日本保險范疇。該產品由美國雅培公司日本分公司負責銷售。使用“FreeStyle Libre”可以不采血而直接實時測定14天的血糖數據。“FreeStyle Libre”產品的特征是無需醫(yī)生，患者自己來管理機器。傳感器裝入人體后，患者只要用閱讀器接觸傳感器，馬上就可以得知當時的血糖數據，還可以了解血糖值升降情況。這款產品有利于預防低血糖，合理控制飲食、控制血糖上升，還可以提醒用戶運動時隨機應變，甚至可能改變傳統的糖尿病治療。

在“FreeStyle Libre”上市之前，雅培公司于2016年12月發(fā)售了“FreeStyle Libre Pro”產品。這是一款醫(yī)生專用產品，最長測量時間為14天。有專家表示：“監(jiān)測時間為兩周的情況下，每周可以對藥物的服用量和種類進行調整，分析血糖結果后給患者開出最適合的處方。”這款產品優(yōu)點良多，既可以持續(xù)記錄患者的血糖變化，又有助于發(fā)現患者夜間低血糖情況。

這兩款產品都采用了電流波動極小的設計，不需要刺穿手指修正數值。而以前的產品大多需要刺穿指尖采血，是侵入式的檢測方法。

“血管內造影技術”主要用于心絞痛等心血管疾病的診斷，可以測量動脈粥樣硬化的量、分布、形狀以及血管內膜有無撕裂等。

近年來，“血管內窺鏡檢查”發(fā)展尤為迅速，還有利用超聲波實時觀察血管斷層圖像的“血管內超聲波檢查（IVUS）”技術。兩種技術都不需要X射線檢查，所以患者無需擔心放射線的影響，也便于醫(yī)生觀察。該技術20世紀90年代開始用于臨床，技術革新不斷進步。

血管內窺鏡檢查的一大技術革新來源于大冢控股集團（Otsuka Holdings）旗下的JIMRO公司。該公司在2017年5月發(fā)售全新血管內窺鏡“angiography IJS 2.2”，新產品采用了3 MOS相機和LED光源，輸出圖像高清完美。

血管內窺鏡的另一種技術革新就是“dualinfusion”，冠動脈自然不用提，就連血液大量流動的主動脈也是清晰可見。新技術有利于醫(yī)生觀察主動脈的細微損傷，比如目前為止很難診斷的主動脈夾層的前兆等。

而IVUS方面，越過血管病變部位直接插入導管，導管尖端搭載了超聲波收發(fā)裝置，可以緩慢拍攝病變部位圖像。超聲波的頻率從過去的40MHz提高到60MHz，分辨率大幅提高、縮短檢查時間的新產品也已問世。

高分辨率技術有助于看清血管內壁的粥狀動脈硬化分離情況，還可以對改善動脈狹窄的植入支架內膜新生情況輕松做出評價。檢查時間短，冠動脈插入時間減少，缺血的風險也極大減輕。

以前診斷心絞痛、心肌梗塞等缺血性心血管疾病時，必須用造影劑填滿血管內腔，利用X射線照射進行導管冠動脈造影檢查，患者不僅被輻射，還不一定能檢查出粥狀動脈硬化的形狀和發(fā)展情況。

使用類似剪刀功能的蛋白質（核酸酶）切斷各種生物基因（DNA），基因修復過程中，通過改變DNA序列來修改細胞的遺傳因子，或者替換相似的DNA序列，從斷處植入從其他生物中取出的DNA序列，這就是基因編輯技術。有了基因編輯技術，人類可以自由改變物種的基因，開發(fā)新食品和藥物，其在生物領域的應用也在不斷拓展。

迄今為止，基因編輯技術歷經三代：第一代是“鋅指核糖核酸酶（Zinc-Finger Nucleases，ZFN）”技術，第二代是“轉錄激活因子樣效應因子核酸酶（Transcription Activator-Like Effector Nucleases，TALEN）”技術，第三代則是“基因編輯技術（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats，CRISPR/Cas 9）”技術。其中CRISPR/Cas 9技術可以在短時間內完成基因編輯且價格低廉，很快風靡全球。利用CRISPR/Cas 9技術，人類可以改變植物、魚、線蟲、老鼠、豬、猴子、人等各種物種的基因，技術的普遍適用性也加快了其普及的腳步。

不少國家利用CRISPR/Cas 9技術培養(yǎng)轉基因動物，進行重組細胞等試驗。該技術不僅用于實際生活中，培育了不少優(yōu)良品種，通過收集物質生產的高小細胞，進行基因治療等，還在農林水產、化學、醫(yī)療等領域全面開花。

舉例來說，使用CRISPR/Cas 9技術可以改變抑制肌肉生長的基因，培育出膘肥體壯、食用部位大增的豬、鯛魚等。另外，去除先天性黑朦（LCA）——一種疑難眼病異?；虻难芯恳苍谶M行當中。

以前的轉基因技術一般是使用放射線照射多個個體，改變個體的基因特性，選出照射后偶然變異、符合要求的個體（突變體），提取相似的DNA序列進行同源重組，嵌入需要導入的遺傳片段。

諸如培育轉基因的基因敲除小鼠情況下，同源重組的費用需要300萬—500萬日元，時間1-2年。隨著CRISPR/Cas 9技術的登場，費用僅僅需要幾千日元，時間也縮短到一個月左右。

“新一代小型測序技術”是高速讀取遺傳因子、基因組堿基排序的小型裝置。

2015年，英國的牛津納米孔科技（Oxford Nanopore Technologies）公司全球首發(fā)了一款名為MinION的產品。MinION只有手掌大小，與個人電腦連接使用。公司免費提供主機，用戶只需要購買1千美元1張的一次性傳感器即可。因為其個頭小巧，一改以往的不便，可以在戶外使用。為了在宇宙空間實現水的再利用，美國國家航空航天局（NASA）引進MinION測定水的污染狀況。

牛津納米孔科技公司2017年年末以后會發(fā)行更小、更便宜的產品。由于減少了讀取基因組（DNA）、核糖核酸（RNA）的傳感器的數量，其一次性部分的成本降低了1/3-1/5。放眼全球，不止牛津納米孔科技公司一家擁有新一代小型測序技術，日本量子生物系統公司（Quantum Biosystems）也在著手研發(fā)相關技術，我們期待未來市場更加活躍。

遺傳因子攜帶生物體各種功能的蛋白質信息，生物遺傳信息的總體——基因組中存在著無數遺傳因子。疑難雜癥的成因、新藥的研發(fā)都離不開對遺傳因子和基因組的分析。

生物種類不同，基因組的信息總量也不同。人類基因組大約有30億對堿基，這樣龐大的基因組檢測不得不依靠高速讀取技術和“新一代小型測序技術”的支持。從眾多基因組片段中讀取堿基信息，聯網搜索讀取的片段信息就可以得到原生物的基因組排序。

高速、大量分析數據的技術迅速普及，但是引進的費用需要數千萬日元到數億日元不等，過于昂貴。但是為了增加基因片段信息，對熒光標識進行光學檢測，大型的裝置又是必不可少的。MinION利用特殊蛋白傳感器，測定通過單位DNA、RNA時的電流，進而完成基因解析。因為簡化了讀取基因的CCD攝像頭和激光技術，設備的體積也更加小巧。

“冷凍電鏡”技術將生物分子等測量物放在零下200攝氏度左右的超低溫環(huán)境中，利用電子束拍攝圖像，通過計算機進行分析，最終獲得測量物的微小立體結構。冷凍電鏡英文名稱Cryo-Electron Microscopy中的“cryo”就是超低溫的意思，它自2013年年末迅速獲得各界關注。

冷凍電鏡的分辨率為1埃米（0.1納米）——接近單個原子大小，可以對蛋白質等生物分子立體結構進行精確解析。解開生物分子、感染癥“元兇”的生物分子構造后，對醫(yī)藥品等的開發(fā)大有裨益。如果能解開植物光合作用的分子構造，我們甚至可以人工完成光合作用，從太陽光中合成有機物。

冷凍電鏡技術的具體使用步驟如下：首先打斷解析對象——蛋白質等生物分子的粒子結構，制作嵌入極限粒子的冰凍樣品。每個蛋白質分子約為10納米大小，冰凍樣品可容納多個粒子。將樣品放入冷凍冰境進行觀察，一個晚上的時間，設備可以自動拍攝數百張的高分辨率電子顯微鏡圖像。單張圖像上拍有數百個粒子，那么一晚時間拍攝的蛋白質粒子總數將超過10萬。從中選出幾萬個完整良好的數據，用計算機進行分析，最終可以獲得更詳細的立體構造信息。

如果樣品品質良好，電鏡甚至可以觀察到構成分子的原子，觀察1周左右可以獲得5埃米分辨率的圖像，一個月左右就能得到原子模型。

1臺冷凍電鏡需要1億—2億日元的投資配套，不少研究機構、大學、制藥化工企業(yè)已經陸續(xù)引進。冷凍電鏡行業(yè)較為有名的企業(yè)包括日本的日本電子（JEOL）等。

冷凍電鏡出現之前，科學家主要通過結晶體X射線衍射分析法解析生物分子的結構。使用X射線照射結晶體后，隨著結晶內部密度的不同，X射線會發(fā)生衍射，利用物理原理解析晶體的立體結構。結晶越規(guī)則，體積越大，得到的立體結構信息就越詳細。不過生物分子的高質量結晶很難得到，所以至今還有不少蛋白的立體結構謎團尚未解開，業(yè)界也期待不需要結晶體的冷凍電鏡解析更多蛋白的結構。

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