2022年5月10日,科技中心基础研究部临床医学研究所举办了题目为“生物3D打印机和Biacore生物分子互作系统”的学术讲座。讲座由李忻和王在老师组织举办,线上进行。本场讲座邀请捷诺飞生物科技公司技术支持李富伟经理和Cytiva公司李亚妃产品专家分别对生物3D打印机和Biacore生物分子互作系统原理及基础应用情况进行了全面的介绍讲解。

生物3D打印机

近年来,随着自动化水平和数字控制技术的提高,生物3D打印技术发展迅猛,生物3D打印技术也被认为是“第三次工业革命”的主要推动技术之一。生物3D打印是以用户自由设计或医学影像三维重建的计算机三维模型为基础,通过软件分层离散和数控成型的方法,将生物材料和生物单元(细胞/蛋白质/DNA等)按仿生形态学原理,利用三维打印快速成型技术,将生物结构或生物体功能、细胞特定环境等要求定位装配为具有个性化的体外三维结构或体外三维生物体。相比于传统的CNC减材制造技术(将一整块材料削减成三维结构),生物3D打印技术具有快速、准确、个性化及擅长制造复杂形状实体的特性。

随着应用需求的扩展,生物3D打印技术也不断创新。打印系统中,用于打印的各种材料及细胞被称为“打印墨水”。传统3D打印采用“激光辅助式”或“喷墨式”打印方式,但存在难成型、打印速度慢、对细胞损伤大等缺点。目前生物3D打印主要采用“微挤出式”,对细胞损伤小,打印速度提升,三维成型效果好,极大提升了打印质量及对细胞打印的兼容性。

目前生物3D打印的主要应用方向包括两大类:1、生物支架打印:利用明胶、海藻酸盐等天然生物材料,聚乳酸等高分子材料,或其他生物无机材料等,打印组织工程支架、修复支架、细胞培养支架等,可用于骨/软骨、皮肤、骨髓、神经、血管、胆管等支架的打印;2、利用干细胞、肿瘤细胞、神经细胞、软骨细胞、成纤维细胞等,结合基质材料,打印皮肤、骨/软骨、角膜、类神经、类血管、类肝脏、类心肌等类组织器官,以及肿瘤模型等。生物3D打印技术推动了植介入产品、再生医学的发展,以及组织细胞相互作用、药物疗效及机制的研究,获得国家政策大力支持,目前已进入大部分省市的生物医药产业发展行动计划中。

Biacore生物分子互作系统

生命活动的本质是生物分子间的相互作用,研究生物分子相互作用的发生条件、发生过程及调控机制,也就是了解各种生物学过程的基础,有助于阐明疾病发生的分子机制并寻找治疗干预的靶点。自1990年第一台BIACORE™系统问世以来,基于表面等离子共振(SPR)原理的生物分子相互作用分析系统以其独特的视角揭示了蛋白质、核酸等多种生物分子之间的相互作用,因为其准确性高、重复性好、应用广泛,被中、美、日三国收录药典,成为行业中的“金标准”。

SPR一种光学物理传感技术,其传感器由镀有薄金膜的玻璃片构成,金膜通过覆盖的葡聚糖等基质偶联配体(Ligand),可与微流路液相系统中流过的待测分析物(Analyte)接触。当P偏振光在玻璃与金膜界面发生全反射时,会产生渗透到金膜内测的消逝波,引发金膜内的自由电子产生表面等离子体,当其频率与消逝波的频率相等时,将发生表面等离子体共振,造成反射光强度急剧衰减至几乎为零。反射光强度最低时对应的入射光角度称为SPR角。SPR角对金膜溶液侧100-200nm范围内的折光率变化非常灵敏,所以如果固定在芯片表面的配体分子与待测分析物发生相互作用,则会引起临近金膜溶液的质量浓度增加,导致折光率改变,及SPR角变化。通过监测SPR角度变化,可实时监测生物分子动态结合和解离的过程,获得结合动力学、亲和力、特异性、竞争性结合以及复杂样品中目标样品的活性浓度等,对药物开发和检测方法开发等很多领域都具有重要价值。

Biacore检测的生物分子可以小到金属离子,大到病毒颗粒。除了纯化后的样品,也可对血清,腹水等复杂样品进行特异性结合、目标产物定量等测试,还可以通过标签或抗原,对粗样品中的目标蛋白进行特异性地捕获,简化实验流程。通过实时、无标记的互作分析,Biacore帮助科学家在应对新冠疫情中了解病毒入侵机制,加速抗体、小分子化药开发,辅助疫苗设计等,并且在重大疫病的致病机理,靶点发现和药物开发方面提供助力。

供稿:李忻、王在

审校:向青、陈志华