無細胞技術(shù)在生物領(lǐng)域中的應(yīng)用
前言
無細胞技術(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，科研實驗條件的不斷進步。無細胞技術(shù)已經(jīng)得到了長足的進步和發(fā)展。應(yīng)用場景也隨之有了非常大的突破，重點有以下幾項：
1. 細胞體外表達蛋白試劑盒
例如在應(yīng)對實驗室培養(yǎng)細胞來進行表達蛋白經(jīng)常遇到的實驗室污染問題，已經(jīng)有無細胞體外表達蛋白試劑盒成功的進行了商業(yè)化。
使用無細胞體外表達蛋白的試劑盒可以有效避免實驗室污染帶來的損失寶貴的實驗時間（1-3個月），同時，可以一次購買，分成多份使用，并且儲存時間通常都可以達到數(shù)個月以上，在設(shè)計實驗的過程中，隨心所欲調(diào)整所要表達的目標蛋白，特別是對于蛋白質(zhì)設(shè)計后，需要表達蛋白進行驗證。大大提高了實驗的準確性和靈活性，縮短科研時間，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構(gòu)必備的基礎(chǔ)耗材。
2. 生物指標檢測
微型化，快速反應(yīng)可以應(yīng)用于廣泛的檢測指標中，尤其是涉及到生物指標檢測，例如：污水，食品安全，病毒診斷試劑等。
目前市場上這些行業(yè)普遍存在著檢測設(shè)備笨重，從取樣到得到實驗結(jié)果時間周期長，同時由于涉及到檢測環(huán)節(jié)多人參與，帶來的人為因素影響過多，最終得到的檢測結(jié)果有差異。應(yīng)用無細胞技術(shù)（cell-free）將檢測指標一一對應(yīng)，選擇合理的關(guān)鍵反應(yīng)物來進行微型化的處理，同時進行現(xiàn)場取樣，現(xiàn)場檢測，現(xiàn)場得到結(jié)果，及時上傳，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，減少人力浪費。實現(xiàn)取樣，檢測，數(shù)據(jù)輸入，實時同步到終端設(shè)備。為后續(xù)的各項工作提供可靠的數(shù)據(jù)來源和依據(jù)。經(jīng)典應(yīng)用：寨卡病毒檢測。
3. 表達膜蛋白
無細胞技術(shù)（cell-free）蛋白質(zhì)表達上的應(yīng)用，作為近年來單獨列出的蛋白表達系統(tǒng)，主要用于表達膜蛋白等難以在細胞內(nèi)獲取的蛋白。膜蛋白在細胞間聯(lián)系、表面識別、細胞骨架接觸、信號傳導(dǎo)、酶活性及物質(zhì)運輸中扮演了重要角色。由于其具有多種細胞功能，膜蛋白是非常理想的藥物靶標。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時間。
無細胞技術(shù)可以用來來獲得高得率的可溶性的膜蛋白。在無細胞技術(shù)表達膜蛋白時，有時候會加入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)有在納斯達克上市的無細胞技術(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)、注冊和商業(yè)里程碑相關(guān)的潛在付款總額高達 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。集成的無細胞蛋白質(zhì)合成平臺XpressCF，為癌癥和自身免疫性疾病創(chuàng)造了各種優(yōu)化設(shè)計的新一代蛋白質(zhì)治療藥物。Sutro Biopharma旨在使用最有效的方式設(shè)計治療方法，包括基于細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，以及主要針對臨床驗證目標的雙特異性抗體。他們希望可以通過創(chuàng)建具有改進治療特征的藥物來改變患者的生活。
5. 無細胞技術(shù)部分應(yīng)用匯總參考文獻以及相關(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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