無細(xì)胞技術(shù)在生物領(lǐng)域中的應(yīng)用
前言
無細(xì)胞技術(shù)（cell-free）作為生物技術(shù)的一種，在近幾十年中不斷發(fā)展，特別是在近十年當(dāng)中，已經(jīng)有了比較廣泛的應(yīng)用，近年來，隨著生物耗材，必要的反應(yīng)器材，設(shè)施設(shè)備，基礎(chǔ)生物化工材料，科研實(shí)驗(yàn)條件的不斷進(jìn)步。無細(xì)胞技術(shù)已經(jīng)得到了長足的進(jìn)步和發(fā)展。應(yīng)用場(chǎng)景也隨之有了非常大的突破，重點(diǎn)有以下幾項(xiàng)：
1. 細(xì)胞體外表達(dá)蛋白試劑盒
例如在應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)細(xì)胞來進(jìn)行表達(dá)蛋白經(jīng)常遇到的實(shí)驗(yàn)室污染問題，已經(jīng)有無細(xì)胞體外表達(dá)蛋白試劑盒成功的進(jìn)行了商業(yè)化。
使用無細(xì)胞體外表達(dá)蛋白的試劑盒可以有效避免實(shí)驗(yàn)室污染帶來的損失寶貴的實(shí)驗(yàn)時(shí)間（1-3個(gè)月），同時(shí)，可以一次購買，分成多份使用，并且儲(chǔ)存時(shí)間通常都可以達(dá)到數(shù)個(gè)月以上，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過程中，隨心所欲調(diào)整所要表達(dá)的目標(biāo)蛋白，特別是對(duì)于蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)后，需要表達(dá)蛋白進(jìn)行驗(yàn)證。大大提高了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和靈活性，縮短科研時(shí)間，提高科研效率，可以有效助力科研轉(zhuǎn)化，提高科研產(chǎn)出。已經(jīng)成為很多大型科研機(jī)構(gòu)必備的基礎(chǔ)耗材。
2. 生物指標(biāo)檢測(cè)
微型化，快速反應(yīng)可以應(yīng)用于廣泛的檢測(cè)指標(biāo)中，尤其是涉及到生物指標(biāo)檢測(cè)，例如：污水，食品安全，病毒診斷試劑等。
目前市場(chǎng)上這些行業(yè)普遍存在著檢測(cè)設(shè)備笨重，從取樣到得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)間周期長，同時(shí)由于涉及到檢測(cè)環(huán)節(jié)多人參與，帶來的人為因素影響過多，最終得到的檢測(cè)結(jié)果有差異。應(yīng)用無細(xì)胞技術(shù)（cell-free）將檢測(cè)指標(biāo)一一對(duì)應(yīng)，選擇合理的關(guān)鍵反應(yīng)物來進(jìn)行微型化的處理，同時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)得到結(jié)果，及時(shí)上傳，避免了人為因素的干擾，可以做到全程同步可視化，減少設(shè)備搬運(yùn)，減少人力浪費(fèi)。實(shí)現(xiàn)取樣，檢測(cè)，數(shù)據(jù)輸入，實(shí)時(shí)同步到終端設(shè)備。為后續(xù)的各項(xiàng)工作提供可靠的數(shù)據(jù)來源和依據(jù)。經(jīng)典應(yīng)用：寨卡病毒檢測(cè)。
3. 表達(dá)膜蛋白
無細(xì)胞技術(shù)（cell-free）蛋白質(zhì)表達(dá)上的應(yīng)用，作為近年來單獨(dú)列出的蛋白表達(dá)系統(tǒng)，主要用于表達(dá)膜蛋白等難以在細(xì)胞內(nèi)獲取的蛋白。膜蛋白在細(xì)胞間聯(lián)系、表面識(shí)別、細(xì)胞骨架接觸、信號(hào)傳導(dǎo)、酶活性及物質(zhì)運(yùn)輸中扮演了重要角色。由于其具有多種細(xì)胞功能，膜蛋白是非常理想的藥物靶標(biāo)。但是，膜蛋白的其復(fù)雜的優(yōu)化過程使得純化非常困難并且耗費(fèi)時(shí)間。
無細(xì)胞技術(shù)可以用來來獲得高得率的可溶性的膜蛋白。在無細(xì)胞技術(shù)表達(dá)膜蛋白時(shí)，有時(shí)候會(huì)加入Nanodisc（納米磷脂盤），獲得穩(wěn)定的蛋白質(zhì)，其應(yīng)用范圍包括生物物理學(xué)分析、表面等離子共振、核磁共振和冷凍電鏡的質(zhì)譜分析。
Nanodisc是由膜支架蛋白(membrane scaffold proteins，MSPs)和磷脂分子構(gòu)成的磷脂雙分子層類膜結(jié)構(gòu)。其可使膜蛋白處于一個(gè)類似磷脂雙分子層的環(huán)境中，從而保證膜蛋白能夠像在天然的細(xì)胞膜中維持其構(gòu)象和生物學(xué)功能。Nanodisc能夠很好地維持膜蛋白的穩(wěn)定，從而可以在膜蛋白領(lǐng)域的研究工作起到很大的作用。
4. 開發(fā)潛在最優(yōu)分子
通過快速和系統(tǒng)地評(píng)估蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) - 活性關(guān)系來創(chuàng)建加速發(fā)現(xiàn)和開發(fā)潛在最佳分子，從而創(chuàng)建優(yōu)化的同類產(chǎn)品候選者。從而加速潛在首創(chuàng)和同類最優(yōu)分子的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)。
目前在美國已經(jīng)有在納斯達(dá)克上市的無細(xì)胞技術(shù)+ADC的公司，該公司在研藥物已經(jīng)取得了階段性成果，并且與百時(shí)美施貴寶、默克等公司開展合作并獲得了部分里程碑式的付款。
Sutro 授權(quán)燁輝醫(yī)藥在大中華區(qū)（包括中國大陸、香港、澳門和臺(tái)灣）開發(fā)和商業(yè)化靶向 CD74 的抗體偶聯(lián)藥物 (ADC) STRO-001，用于治療血液癌癥患者。同時(shí)燁輝醫(yī)藥將向 Sutro 支付 400 萬美元的首付款，與選擇權(quán)行使、藥物開發(fā)、注冊(cè)和商業(yè)里程碑相關(guān)的潛在付款總額高達(dá) 2 億美元。Sutro 將根據(jù)臨床和商業(yè)化供應(yīng)服務(wù)協(xié)議向燁輝醫(yī)藥提供 STRO-001 藥品。商業(yè)化后，Sutro 將根據(jù) STRO-001 在大中華區(qū)的年凈銷售額 獲得不同梯度分級(jí)的兩位數(shù)銷售提成。
Sutro Biopharma, Inc.于2003年4月21日根據(jù)特拉華州法律注冊(cè)成立，之前被稱為Fundamental Applied Biology, Inc.。該公司是一家專注于利用其專有權(quán)的臨床階段藥物發(fā)現(xiàn)，開發(fā)和制造公司。集成的無細(xì)胞蛋白質(zhì)合成平臺(tái)XpressCF，為癌癥和自身免疫性疾病創(chuàng)造了各種優(yōu)化設(shè)計(jì)的新一代蛋白質(zhì)治療藥物。Sutro Biopharma旨在使用最有效的方式設(shè)計(jì)治療方法，包括基于細(xì)胞因子的免疫腫瘤學(xué)，或I/O治療，抗體 - 藥物偶聯(lián)物或ADC，以及主要針對(duì)臨床驗(yàn)證目標(biāo)的雙特異性抗體。他們希望可以通過創(chuàng)建具有改進(jìn)治療特征的藥物來改變患者的生活。
5. 無細(xì)胞技術(shù)部分應(yīng)用匯總參考文獻(xiàn)以及相關(guān)消息鏈接
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2. Liew YJM, Lee YK, Khalid N, Rahman NA, Tan BC. Cell-Free Expression of a Plant Membrane Protein BrPT2 From Boesenbergia Rotunda. Mol Biotechnol. 2021 Apr;63(4):316-326. doi: 10.1007/s12033-021-00304-z. Epub 2021 Feb 9. PMID: 33565047.
3. Membranes unlock potential to vastly increase | EurekAlert!
4. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6481089/
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