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沈阳自动化所提出一种基于光遗传工程化细胞的抗肿瘤药效评估方法

撰稿: 沈阳自动化研究所 发布时间:2022-05-24
 
基于光遗传工程化细胞的石墨烯晶体管用于实时抗肿瘤药物的药效评估
  近日,中国科学院沈阳自动化研究所在生物融合传感领域取得新进展,提出了一种基于光遗传工程化细胞和石墨烯晶体管的快速、有效的体外抗肿瘤药效评估方法,建立了定性与定量评估指标,揭示了晶体管的漏源电压对于评估效果的关键影响。研究成果发表在中科院一区Top期刊Sensors and Actuators B: Chemical。
  近年来,恶性肿瘤的高发病率和死亡率使其成为全世界范围内严重的公共卫生问题。化疗作为最常见的肿瘤治疗方法可以有效延长患者的寿命,同时也对有效和高效的化疗药物药效评估提出了新的要求。体外基于细胞的药效评估是一种重要的药效评估方法,也是新药研发的关键步骤之一,但是当前基于电生理和光学手段的体外药效评估方法由于侵入性、试剂依赖性以及仅限端点检测等诸多缺点被限制了其实际应用。 
  为此,依托于中国科学院沈阳自动化研究所的机器人学国家重点实验室微纳米自动化团队提出了一种新的基于细胞的体外药效评估方法。科研人员将光遗传工程化细胞与石墨烯晶体管结合构建了新型的生物融合传感器件,其中光遗传工程化细胞作为石墨烯晶体管的生物栅极,光诱导的细胞内外电位差的变化量作为栅极电压调控晶体管的输出电流。实验结果表明,晶体管的光诱导输出电流增量随光强变化的曲线可以作为评估药物作用效果的定性指标,该曲线的整体幅值随药物剂量增加或作用时间增长显著降低。该曲线经对数拟合后,拟合参数之一可以作为定量指标,指标的数值越小代表药物作用越显著。实验结果还表明,由于部分石墨烯晶体管独特的四分区输出特性,该方法在较低的漏源电压下具有更好的药物评估性能。该方法避免了复杂的电生理测量和对化学试剂的依赖,实现了简单、免标记和定量化的实时药效评估和监测,并将细胞的光遗传学工程推向了新的应用。 
  该研究得到了国家科技部重点研发计划、自然科学基金、中国科学院前沿科学重点研究项目的大力支持。