盧冠達博士開發按需生產藥物的便攜設備

　　對于世界偏遠地區或發展中國家的醫生以及戰場上的醫務人員來說，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、集中的發酵工廠內生產的。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，這是具有挑戰性的。

　　現在，麻省理工學院（MIT）的科學家，在美國國防高級研究計劃局（DARPA）的資助下，設計了一種便攜式的生產系統，可按需生產一系列的生物制 劑。在《Nature Communications》雜志上發表的一篇論文中，研究人員證明，該系統可以用一個緊湊的設備——在液體中包含一小滴的細胞，來生產單一劑量的治療 藥物。

　　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，該系統最終可以被攜帶到戰場上，并用于在護理地點生產治療藥物。它也可以用于在偏遠的村莊制造疫苗，來防止的疾病爆 發。”Lu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，你可以在當地用程序指令酵母按需求生產藥物。”

　　盧冠達博士曾被麻省理工的百年期刊《技術評論》評為世界青年科技創新家。他不僅在合成生物學領域碩果累累，近年也取得了多項CRISPR研究的重要成果。

　　該系統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。

　　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及其團隊開發的。含有所需的化學觸發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。”

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

　　如果酵母需要產生一種不同的蛋白質，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的新鮮液體，以刺激下一種蛋白質的生產。

　　Ram說，雖然其他研究團隊之前曾試圖構建微型生物反應器，但這些反應器在沖洗與細胞混合的液體時，都不能保留生產蛋白質的細胞。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境，以改變蛋白質生產的觸發器。”

　　研究人員現在正在調查該系統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，以這種方式結合多種療法可能是昂貴的，每個都需要自 己的生產線。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這些藥物的一種非常強大的 方式。”