盧冠達博士開發(fā)按需生產(chǎn)藥物的便攜設備

2016年08月01日訊 麻省理工學院（MIT）的科學家，設計了一種便攜式的生產(chǎn)系統(tǒng)，可按需生產(chǎn)一系列的生物制劑。在《Nature Communications》雜志上發(fā)表的一篇論文中，研究人員證明，該系統(tǒng)可以用一個緊湊的設備--在液體中包含一小滴的細胞，來生產(chǎn)單一劑量的治療藥物。

對于世界偏遠地區(qū)或發(fā)展中國家的醫(yī)生以及戰(zhàn)場上的醫(yī)務人員來說，要快速獲取治療患者所需要的藥物，可能是具有挑戰(zhàn)性的。

生物制劑藥物被用于各種各樣的治療，包括糖尿病和癌癥的疫苗與治療，通常是在大型、集中的發(fā)酵工廠內(nèi)生產(chǎn)的。這意味著，它們必須被運送到治療地點，這可能是昂貴、耗時的，對于在供應鏈較差的地區(qū)，這是具有挑戰(zhàn)性的。

本文資深作者、MIT電子研究實驗室合成生物學研究組負責人、生物工程和電氣工程副教授盧冠達（Timothy Lu）博士指出：“通過這種方式，該系統(tǒng)最終可以被攜帶到戰(zhàn)場上，并用于在護理地點生產(chǎn)治療藥物。它也可以用于在偏遠的村莊制造疫苗，來防止的疾病爆發(fā)?！盠u說：“想象一下，你在火星上或者在遙遠的沙漠，獲取不到完整的處方，你可以在當?shù)赜贸绦蛑噶罱湍赴葱枨笊a(chǎn)藥物?！?/p>

該系統(tǒng)是基于一個可編程的酵母菌株--畢赤酵母（Pichia pastoris），當暴露于一種特定的化學觸發(fā)因子時，它可以被誘導表達兩個治療性蛋白中的一個。研究人員之所以選擇了畢赤酵母，是因為它能夠以非常高的密度在簡單和廉價的碳源上生長，并能夠表達大量的蛋白質(zhì)。

Lu說：“我們改造了酵母，所以它可以更容易地被基因改良，并可能生產(chǎn)一種以上的治療藥物。”當研究人員將修改的酵母暴露于雌激素β雌二醇時，這些細胞會表達重組人生長激素（rHGH）。相反，當他們將細胞暴露于甲醇時，酵母表達的蛋白質(zhì)是干擾素。

細胞被放置在一種毫米級的桌面微型生物反應器中，包括一個微流控芯片，它最初是由麻省理工學院電氣工程系教授Rajeev RAM及其團隊開發(fā)的。含有所需的化學觸發(fā)器的液體首先被注入反應器中，與細胞混合。在反應器中，細胞和化學品混合物三面被聚碳酸酯包圍；第四面是一層靈活、透氣的硅橡膠膜。

通過向這層膜加壓氣體，研究人員能夠輕輕按摩液滴，以確保其內(nèi)容物充分混合在一起。該論文的共同資深作者Ram表示：“這將確保，一毫升（液體）是均勻的，這是很重要的，因為在這些小尺度上擴散，沒有湍流，需要很長一段時間?！?/p>

由于膜是氣體滲透性的，它可讓氧氣流經(jīng)到細胞，而它們產(chǎn)生的任何二氧化碳都可以很容易地被提取出來。該設備連續(xù)不斷地監(jiān)測微流控芯片內(nèi)的條件，包括氧含量、溫度和pH值，以確保細胞生長的最佳環(huán)境。它還監(jiān)測細胞密度。

如果酵母需要產(chǎn)生一種不同的蛋白質(zhì)，液體只是涌過一個過濾器，留下細胞。然后可以添加含有一種新化學物質(zhì)的新鮮液體，以刺激下一種蛋白質(zhì)的生產(chǎn)。

Ram說，雖然其他研究團隊之前曾試圖構(gòu)建微型生物反應器，但這些反應器在沖洗與細胞混合的液體時，都不能保留生產(chǎn)蛋白質(zhì)的細胞。你想要保持細胞，因為它們是你的工廠。但是你也要迅速改變它們的化學環(huán)境，以改變蛋白質(zhì)生產(chǎn)的觸發(fā)器?！?/p>

研究人員現(xiàn)在正在調(diào)查該系統(tǒng)在組合治療中的應用，其中的多種療法，如抗體，被一起使用。Lu說，以這種方式結(jié)合多種療法可能是昂貴的，每個都需要自己的生產(chǎn)線。他說：“但如果你能設計單個菌株，甚至共同生長的一組菌株，來制造生物制劑或抗體的組合，這可能是以合理成本來生產(chǎn)這些藥物的一種非常強大的方式?！?/p>

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