發(fā)布時間：2025年12月?| Kewlab China 中國技術(shù)博客

引言：生物化學(xué)研究的黃金時代

2024年諾貝爾化學(xué)獎授予了人工智能驅(qū)動的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測和從頭蛋白質(zhì)設(shè)計領(lǐng)域，標(biāo)志著生物化學(xué)研究進入了一個前所未有的黃金時代。在人工智能、高通量測序、精密儀器分析等技術(shù)的推動下，生物化學(xué)正在經(jīng)歷一場深刻的變革，從傳統(tǒng)的還原論研究走向系統(tǒng)化、定量化和精準(zhǔn)化的新范式。

本文將全面梳理2025年生物化學(xué)領(lǐng)域最具突破性的十大前沿研究方向，為國內(nèi)的科研工作者、研究生和博士生提供一份有價值的研究指南。這些前沿方向不僅代表了當(dāng)前生物化學(xué)研究的最高水平，更預(yù)示著未來醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、能源等領(lǐng)域的革命性變革。

一、冷凍電鏡與AI驅(qū)動的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解析

研究背景與重要意義

蛋白質(zhì)是生命活動的主要執(zhí)行者，其功能完全取決于三維空間結(jié)構(gòu)。2024年諾貝爾化學(xué)獎表彰了David Baker在從頭蛋白質(zhì)設(shè)計方面的開創(chuàng)性工作，以及Demis Hassabis和John Jumper開發(fā)的AlphaFold2在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測上的革命性貢獻。這標(biāo)志著人類對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的理解進入了一個全新階段。

傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解析主要依賴X射線晶體學(xué)和核磁共振技術(shù)，這些方法雖然精確但耗時費力。冷凍電鏡技術(shù)的突破使得科學(xué)家能夠在接近生理條件下觀察蛋白質(zhì)的原子級結(jié)構(gòu)，而人工智能的介入更是將結(jié)構(gòu)預(yù)測的速度提升了幾個數(shù)量級。

2024-2025年關(guān)鍵突破

AlphaFold3在2024年5月發(fā)布，實現(xiàn)了對蛋白質(zhì)-核酸、蛋白質(zhì)-小分子、蛋白質(zhì)-翻譯后修飾等復(fù)雜生物分子相互作用的精準(zhǔn)預(yù)測。相比AlphaFold2，其對蛋白質(zhì)-配體相互作用的預(yù)測準(zhǔn)確率提升了50%以上，對抗體-抗原復(fù)合物的預(yù)測準(zhǔn)確率達(dá)到了前所未有的水平。

在冷凍電鏡技術(shù)方面，最新一代直接電子探測器和相位板技術(shù)使得分辨率突破1.2埃的界限，可以直接觀察到單個氫原子的位置。中國科學(xué)院生物物理研究所、清華大學(xué)等機構(gòu)在膜蛋白復(fù)合體結(jié)構(gòu)解析方面取得了一系列重要突破，發(fā)表在《自然》《科學(xué)》等頂級期刊上。

技術(shù)應(yīng)用與儀器需求

在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的整個流程中，蛋白質(zhì)的純化、濃度測定和質(zhì)量控制是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。高精度的紫外分光光度計在蛋白質(zhì)濃度測定中發(fā)揮著不可替代的作用。通過測量280納米波長處的吸光度，結(jié)合蛋白質(zhì)的消光系數(shù)，研究人員可以精確計算蛋白質(zhì)濃度。KEWLAB的紫外可見分光光度計具備0.0001吸光度單位的測量精度，能夠滿足低濃度蛋白質(zhì)樣品的準(zhǔn)確定量需求。

此外，在蛋白質(zhì)晶體生長和冷凍電鏡樣品制備過程中，精確的緩沖液配制至關(guān)重要。分析天平的精度直接影響到緩沖液的pH值和離子強度，進而影響蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性和結(jié)晶質(zhì)量。KEWLAB的分析天平，能夠為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究提供可靠的質(zhì)量保障。

未來發(fā)展趨勢

預(yù)計到2030年，人工智能將能夠預(yù)測幾乎所有已知蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，并設(shè)計出具有特定功能的全新蛋白質(zhì)。這將徹底改變藥物發(fā)現(xiàn)、酶工程、生物材料等領(lǐng)域的研究范式。中國在這一領(lǐng)域的投入持續(xù)增加，多個國家級冷凍電鏡中心和AI計算平臺正在建設(shè)中。

二、單細(xì)胞組學(xué)與空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)

研究背景與核心價值

生物組織由數(shù)百萬個細(xì)胞組成，每個細(xì)胞的基因表達(dá)譜都可能存在顯著差異。傳統(tǒng)的組學(xué)技術(shù)只能檢測細(xì)胞群體的平均特征，無法揭示細(xì)胞異質(zhì)性這一生命活動的本質(zhì)特征。單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)徹底改變了這一局面，使得研究人員能夠在單個細(xì)胞水平上解析基因表達(dá)、表觀遺傳修飾、蛋白質(zhì)表達(dá)等多層次信息。

空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)則在保留組織空間信息的同時實現(xiàn)了單細(xì)胞分辨率的基因表達(dá)分析，被《科學(xué)》雜志評為2020年度十大科學(xué)突破之一。這項技術(shù)使得研究人員能夠繪制出完整的細(xì)胞圖譜，理解細(xì)胞如何在三維空間中相互作用和組織。

技術(shù)前沿與突破性進展

2024年，10x Genomics公司推出的Xenium平臺實現(xiàn)了亞細(xì)胞分辨率的空間多組學(xué)分析，可以在單個組織切片上同時檢測5000多個基因的表達(dá)和空間定位。這使得研究人員能夠以前所未有的分辨率觀察腫瘤微環(huán)境、免疫細(xì)胞浸潤、神經(jīng)元連接等復(fù)雜生物過程。

在單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)方面，質(zhì)譜技術(shù)的靈敏度提升使得單細(xì)胞蛋白質(zhì)檢測成為可能。最新的nanoSPLITS技術(shù)可以在單個細(xì)胞中檢測到超過3000種蛋白質(zhì)，這為理解蛋白質(zhì)水平的細(xì)胞異質(zhì)性打開了新的窗口。

中國科學(xué)家在單細(xì)胞組學(xué)領(lǐng)域也取得了重要進展。北京大學(xué)團隊開發(fā)的Stereo-seq技術(shù)實現(xiàn)了納米級分辨率的空間轉(zhuǎn)錄組測序，在《細(xì)胞》雜志發(fā)表后引起了國際關(guān)注。中國科學(xué)院等機構(gòu)正在構(gòu)建中國人群的單細(xì)胞圖譜，這對于理解疾病機制和開發(fā)精準(zhǔn)醫(yī)療具有重要意義。

儀器技術(shù)的關(guān)鍵作用

單細(xì)胞組學(xué)研究需要處理大量微量樣品，對樣品制備的精確性要求極高。在單細(xì)胞懸液的制備過程中，細(xì)胞濃度的準(zhǔn)確測定直接影響測序質(zhì)量和成本。血細(xì)胞計數(shù)板結(jié)合顯微鏡是傳統(tǒng)方法，但現(xiàn)代研究更多依賴于自動化細(xì)胞計數(shù)儀配合分光光度法進行快速準(zhǔn)確的細(xì)胞計數(shù)。

在單細(xì)胞RNA測序的文庫構(gòu)建過程中，需要精確配制各種反應(yīng)緩沖液和酶溶液。反應(yīng)體系通常在微升到納升級別，對移液精度和溶液濃度的要求極高。KEWLAB的超微量分光光度計能夠在0.5微升樣品體積下準(zhǔn)確測定核酸濃度和純度，為單細(xì)胞組學(xué)研究提供了可靠的質(zhì)控手段。

此外，在空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)的組織切片制備過程中，切片厚度的均勻性、組織形態(tài)的完整性都對最終數(shù)據(jù)質(zhì)量有重要影響。精確的溫度控制和標(biāo)準(zhǔn)化的操作流程是確保實驗可重復(fù)性的關(guān)鍵。

應(yīng)用前景與研究機遇

單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)正在重塑我們對發(fā)育生物學(xué)、腫瘤學(xué)、免疫學(xué)、神經(jīng)科學(xué)等領(lǐng)域的理解。在腫瘤研究中，單細(xì)胞技術(shù)揭示了腫瘤內(nèi)部細(xì)胞的極度異質(zhì)性，發(fā)現(xiàn)了耐藥性產(chǎn)生的細(xì)胞亞群，為開發(fā)新的治療策略提供了理論基礎(chǔ)。在發(fā)育生物學(xué)中，研究人員正在繪制從受精卵到完整生物體的完整細(xì)胞譜系圖譜。

對于中國的科研工作者而言，這一領(lǐng)域充滿了機遇。國家重點研發(fā)計劃持續(xù)投入，多個單細(xì)胞組學(xué)平臺正在建設(shè)。掌握這一技術(shù)的研究人員將在未來的科研競爭中占據(jù)優(yōu)勢地位。

三、合成生物學(xué)與代謝工程

學(xué)科定義與戰(zhàn)略價值

合成生物學(xué)是21世紀(jì)最具變革性的學(xué)科之一，它將工程學(xué)的設(shè)計理念引入生物系統(tǒng)，通過理性設(shè)計和構(gòu)建新的生物功能部件、裝置和系統(tǒng)，或者重新設(shè)計現(xiàn)有的天然生物系統(tǒng)，實現(xiàn)特定的功能。代謝工程則是合成生物學(xué)的重要分支，專注于通過重新設(shè)計細(xì)胞的代謝網(wǎng)絡(luò)，提高目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量或開發(fā)全新的生物合成途徑。

在全球應(yīng)對氣候變化和實現(xiàn)碳中和的背景下，合成生物學(xué)展現(xiàn)出巨大的戰(zhàn)略價值。通過工程化微生物，人類可以利用可再生原料生產(chǎn)藥物、燃料、化學(xué)品和材料，替代傳統(tǒng)的化石基工業(yè)。這不僅有助于減少碳排放，還能提高資源利用效率，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

前沿進展與技術(shù)突破

2024年，合成生物學(xué)在多個方向取得了突破性進展。麻省理工學(xué)院的研究團隊成功構(gòu)建了能夠高效固定二氧化碳的工程化大腸桿菌，其固碳效率比天然的卡爾文循環(huán)提高了3倍。這為利用合成生物學(xué)應(yīng)對氣候變化開辟了新路徑。

在醫(yī)藥領(lǐng)域，代謝工程正在改變天然產(chǎn)物的生產(chǎn)方式。傳統(tǒng)上，許多重要的藥物前體需要從植物中提取，產(chǎn)量低且成本高。通過代謝工程改造酵母菌，科學(xué)家已經(jīng)實現(xiàn)了青蒿素、紫杉醇、嗎啡等復(fù)雜天然產(chǎn)物的微生物發(fā)酵生產(chǎn)。2024年，斯坦福大學(xué)報道了一種工程酵母菌株，能夠從簡單的糖類原料出發(fā)，經(jīng)過15步酶促反應(yīng)合成抗癌藥物紫杉醇，產(chǎn)量達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)的要求。

中國在合成生物學(xué)領(lǐng)域的投入力度不斷加大。中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所開發(fā)的"無細(xì)胞合成系統(tǒng)"實現(xiàn)了在體外高效合成淀粉，效率是農(nóng)作物光合作用的8.5倍，這一成果發(fā)表在《科學(xué)》雜志上，被認(rèn)為是合成生物學(xué)的里程碑進展。深圳華大基因、上海交通大學(xué)等機構(gòu)在基因組設(shè)計與合成、人工細(xì)胞構(gòu)建等方向也有重要突破。

代謝分析與質(zhì)量控制

合成生物學(xué)和代謝工程研究的核心是對細(xì)胞代謝的精確調(diào)控和監(jiān)測。代謝組學(xué)分析是理解代謝網(wǎng)絡(luò)、發(fā)現(xiàn)代謝瓶頸、優(yōu)化代謝通量的關(guān)鍵技術(shù)。在代謝產(chǎn)物的定量分析中，高效液相色譜(HPLC)、氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)等分析技術(shù)不可或缺，但在樣品前處理和濃度測定階段，分光光度法仍然是最常用的快速檢測手段。

例如，在微生物發(fā)酵過程中，需要實時監(jiān)測培養(yǎng)基中糖類的消耗、目標(biāo)產(chǎn)物的積累、副產(chǎn)物的生成等多個參數(shù)。許多代謝產(chǎn)物具有特征性的紫外-可見吸收光譜，通過分光光度法可以實現(xiàn)快速、無損的在線監(jiān)測。KEWLAB的雙光束分光光度計具備自動波長掃描功能和多波長同時監(jiān)測能力，特別適合發(fā)酵過程的動態(tài)監(jiān)控。

在菌株構(gòu)建和篩選階段，需要精確配制各種培養(yǎng)基和誘導(dǎo)劑溶液。培養(yǎng)基成分的準(zhǔn)確性直接影響菌株的生長狀態(tài)和代謝表型。KEWLAB的精密天平和分析天平能夠確保培養(yǎng)基配方的精確性，這對于獲得可重復(fù)的實驗結(jié)果至關(guān)重要。

產(chǎn)業(yè)化前景與挑戰(zhàn)

合成生物學(xué)正在從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化。全球多家初創(chuàng)公司正在利用合成生物學(xué)技術(shù)生產(chǎn)生物燃料、生物塑料、人造肉等產(chǎn)品。然而，從實驗室規(guī)模到工業(yè)化生產(chǎn)仍面臨諸多挑戰(zhàn)，包括菌株的遺傳穩(wěn)定性、發(fā)酵過程的放大效應(yīng)、產(chǎn)物的分離純化成本等。

中國政府已將合成生物學(xué)列為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，"十四五"規(guī)劃明確支持合成生物技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。對于科研工作者而言，這是一個充滿機遇的時代。掌握合成生物學(xué)和代謝工程技術(shù)的人才將在生物醫(yī)藥、精細(xì)化工、農(nóng)業(yè)生物技術(shù)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

四、CRISPR與基因編輯新技術(shù)

技術(shù)革命的延續(xù)

CRISPR-Cas9系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用引發(fā)了生命科學(xué)的革命，其發(fā)明者Emmanuelle Charpentier和Jennifer Doudna因此獲得2020年諾貝爾化學(xué)獎。然而，基因編輯技術(shù)的發(fā)展并未止步，而是在精度、效率和應(yīng)用范圍上不斷突破。2024-2025年，基因編輯領(lǐng)域涌現(xiàn)出一系列新技術(shù),正在重新定義精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)和基因治療的可能性。

堿基編輯和先導(dǎo)編輯技術(shù)

傳統(tǒng)的CRISPR-Cas9系統(tǒng)通過產(chǎn)生DNA雙鏈斷裂來實現(xiàn)基因編輯,但這種斷裂會觸發(fā)細(xì)胞的DNA修復(fù)機制,可能導(dǎo)致不可預(yù)測的插入或缺失突變。堿基編輯器(Base Editor)的出現(xiàn)解決了這一問題,它能夠在不產(chǎn)生雙鏈斷裂的情況下實現(xiàn)單個堿基的精確替換。

2024年,劉如謙(David Liu)團隊開發(fā)的第四代堿基編輯器進一步提高了編輯效率和精確性,脫靶率降低至幾乎不可檢測的水平。這項技術(shù)已經(jīng)在治療鐮刀型細(xì)胞貧血癥、地中海貧血等單基因遺傳病的臨床試驗中展現(xiàn)出巨大潛力。

先導(dǎo)編輯(Prime Editing)技術(shù)則被譽為基因編輯的"搜索和替換"功能,它結(jié)合了CRISPR的靶向性和逆轉(zhuǎn)錄酶的精確性,可以實現(xiàn)包括插入、缺失、點突變在內(nèi)的多種復(fù)雜編輯,且無需引入供體DNA模板。2024年發(fā)表的研究顯示,先導(dǎo)編輯在人類干細(xì)胞中的編輯效率已經(jīng)超過50%,為治療亨廷頓舞蹈癥等神經(jīng)退行性疾病開辟了新途徑。

表觀遺傳編輯

除了直接改變DNA序列,科學(xué)家們還開發(fā)了表觀遺傳編輯工具,可以在不改變基因序列的情況下調(diào)控基因表達(dá)。通過將失活的Cas9蛋白(dCas9)與表觀遺傳修飾酶融合,研究人員能夠精確地在基因組的特定位置添加或移除表觀遺傳標(biāo)記,如DNA甲基化或組蛋白乙酰化,從而可逆地開啟或關(guān)閉基因表達(dá)。

這種技術(shù)在癌癥治療中展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。許多腫瘤抑制基因并非因突變而失活,而是由于異常的表觀遺傳沉默。表觀遺傳編輯器能夠重新激活這些基因,恢復(fù)其抑癌功能,且這種改變是可逆的,安全性更高。

中國科學(xué)家的貢獻

中國在CRISPR技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用方面處于國際前沿。黃軍就教授最早將CRISPR技術(shù)應(yīng)用于人類胚胎研究,雖然引發(fā)了倫理爭議,但也推動了基因編輯倫理規(guī)范的建立。楊輝教授團隊開發(fā)的BE-PLUS堿基編輯系統(tǒng)大幅降低了脫靶效應(yīng),在《自然-生物技術(shù)》發(fā)表后獲得廣泛認(rèn)可。

中國科學(xué)院動物研究所利用CRISPR技術(shù)培育出多種疾病模型動物,為基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究提供了重要工具。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,中國科學(xué)家利用基因編輯技術(shù)培育出抗病水稻、高產(chǎn)小麥等新品種,為保障糧食安全做出了貢獻。

基因編輯驗證的分析需求

基因編輯實驗的成功與否需要通過一系列分子生物學(xué)分析來驗證。在編輯效率評估階段,研究人員通常需要提取基因組DNA,進行PCR擴增目標(biāo)區(qū)域,然后通過測序或限制性內(nèi)切酶分析確認(rèn)編輯是否成功。

在這個過程中,DNA的提取純度和濃度直接影響后續(xù)分析的準(zhǔn)確性。通過260nm和280nm波長的吸光度比值(A260/A280),可以快速評估DNA樣品的純度,理想值應(yīng)在1.8-2.0之間。KEWLAB的紫外分光光度計配備了專門的核酸分析程序,能夠自動計算DNA濃度、純度和總量,并評估樣品中是否存在蛋白質(zhì)或酚類污染物。

在單克隆細(xì)胞系的篩選過程中,需要擴增大量的細(xì)胞克隆并提取基因組進行分析,這對實驗效率提出了挑戰(zhàn)。多通道移液器和自動化工作站的使用可以提高通量,但每一步的質(zhì)控仍然依賴于準(zhǔn)確的濃度測定。

臨床應(yīng)用前景

基因編輯技術(shù)正在快速走向臨床應(yīng)用。2023年底,FDA批準(zhǔn)了首款基于CRISPR技術(shù)的基因療法Casgevy,用于治療鐮刀型細(xì)胞貧血癥和β地中海貧血。這標(biāo)志著基因編輯從實驗室走向了臨床實踐。

截至2025年初,全球有超過100項基于CRISPR技術(shù)的臨床試驗正在進行,涵蓋癌癥、遺傳病、感染性疾病等多個領(lǐng)域。中國在CAR-T細(xì)胞療法中大量使用CRISPR技術(shù)改造免疫細(xì)胞,多項臨床試驗已進入II期或III期階段。

五、蛋白質(zhì)降解靶向技術(shù)(PROTAC)

藥物發(fā)現(xiàn)的新范式

蛋白質(zhì)降解靶向技術(shù)(PROteolysis TArgeting Chimera, PROTAC)代表了藥物研發(fā)的范式轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)小分子藥物通過占據(jù)蛋白質(zhì)的活性位點來抑制其功能,但許多致病蛋白缺乏明確的活性位點,被認(rèn)為是"不可成藥"的靶點。PROTAC技術(shù)巧妙地利用細(xì)胞自身的蛋白質(zhì)降解系統(tǒng),將這些"不可成藥"的蛋白質(zhì)直接送入"垃圾處理廠"進行降解。

PROTAC是一種雙功能小分子,一端結(jié)合目標(biāo)蛋白,另一端招募E3泛素連接酶,從而將目標(biāo)蛋白標(biāo)記上泛素,引導(dǎo)其進入蛋白酶體進行降解。這種"事件驅(qū)動"的藥理學(xué)機制與傳統(tǒng)的"占據(jù)驅(qū)動"機制截然不同,具有催化性、選擇性高、可克服耐藥性等獨特優(yōu)勢。

技術(shù)突破與臨床進展

2024年是PROTAC技術(shù)臨床轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵一年。Arvinas公司開發(fā)的ARV-110(靶向雄激素受體)和ARV-471(靶向雌激素受體)在治療前列腺癌和乳腺癌的臨床試驗中展現(xiàn)出令人鼓舞的療效。特別是ARV-471,在III期臨床試驗中顯示出優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)治療的效果,有望在2025年獲批上市,成為首個上市的PROTAC藥物。

在技術(shù)層面,PROTAC的設(shè)計也在不斷優(yōu)化。傳統(tǒng)PROTAC分子量較大(通常超過1000道爾頓),口服生物利用度較低。2024年,多個研究團隊報道了"迷你PROTAC"(molecular weight < 600 Da),這些小型降解劑保持了高效的降解活性,同時具有更好的藥代動力學(xué)性質(zhì)。

中國科學(xué)家在PROTAC領(lǐng)域也取得了重要進展。北京大學(xué)、中國科學(xué)院上海藥物研究所等機構(gòu)開發(fā)了多種新型PROTAC分子,靶向KRAS突變蛋白、BRD4、BTK等重要癌癥相關(guān)蛋白。百濟神州、恒瑞醫(yī)藥等制藥企業(yè)也在積極布局PROTAC技術(shù)平臺,多個候選藥物已進入臨床前研究階段。

分子互作與活性評價

PROTAC藥物的開發(fā)需要對三元復(fù)合物(PROTAC-靶蛋白-E3連接酶)的形成進行詳細(xì)表征。表面等離子體共振(SPR)、等溫滴定量熱法(ITC)等生物物理技術(shù)是評估分子間相互作用的金標(biāo)準(zhǔn),但這些技術(shù)對樣品純度和濃度的要求極高。

在PROTAC活性評價階段,需要通過Western blot、流式細(xì)胞術(shù)等方法檢測靶蛋白的降解情況。Western blot實驗中,準(zhǔn)確的蛋白質(zhì)定量是確保結(jié)果可靠性的前提。Bradford法、BCA法等比色法是最常用的蛋白質(zhì)定量方法,這些方法都依賴于分光光度計在特定波長下測量吸光度。

KEWLAB的分光光度計內(nèi)置了多種蛋白質(zhì)定量程序,包括Bradford法(595nm)、BCA法(562nm)、Lowry法(750nm)等,并可自動生成標(biāo)準(zhǔn)曲線,大大簡化了實驗流程。對于需要處理大量樣品的藥物篩選實驗,多通道檢測和自動化數(shù)據(jù)處理功能尤為重要。

未來發(fā)展方向

除了經(jīng)典的PROTAC,科學(xué)家們還開發(fā)了一系列衍生技術(shù),如LYTAC(溶酶體靶向嵌合體)、AUTAC(自噬靶向嵌合體)、分子膠降解劑等。這些技術(shù)拓展了可靶向的蛋白類型,包括細(xì)胞外蛋白、膜蛋白、長壽命蛋白等。

PROTAC技術(shù)不僅可以用于藥物開發(fā),還在基礎(chǔ)研究中發(fā)揮著重要作用。通過誘導(dǎo)特定蛋白的快速降解,研究人員可以研究該蛋白的生物學(xué)功能,這種方法比基因敲除更快速、可控且可逆。隨著技術(shù)的成熟,PROTAC有望成為化學(xué)生物學(xué)研究的標(biāo)準(zhǔn)工具。

六、液-液相分離與生物分子凝聚體

細(xì)胞組織原理的新發(fā)現(xiàn)

長期以來,細(xì)胞生物學(xué)認(rèn)為細(xì)胞內(nèi)的組織主要依賴于膜結(jié)構(gòu),如細(xì)胞器被脂質(zhì)雙層膜包裹。然而,近年來的研究發(fā)現(xiàn),許多細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)并不依賴膜,而是通過液-液相分離(Liquid-Liquid Phase Separation, LLPS)形成的無膜細(xì)胞器,也稱為生物分子凝聚體或膜less細(xì)胞器。

液-液相分離是指在特定條件下,溶液中的生物大分子(如蛋白質(zhì)和RNA)自發(fā)聚集形成液滴狀的高濃度相,與周圍的低濃度相共存。這一過程類似于油水分層,但發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)的生物分子層面。核仁、應(yīng)激顆粒、P小體、Cajal小體等多種細(xì)胞結(jié)構(gòu)都被證實是通過LLPS形成的。

機制研究與病理意義

2024-2025年,液-液相分離研究在機制解析和疾病關(guān)聯(lián)方面都取得了重要進展。研究發(fā)現(xiàn),許多神經(jīng)退行性疾病,如阿爾茨海默病、帕金森病、肌萎縮側(cè)索硬化癥(ALS)等,都與異常的蛋白質(zhì)相分離有關(guān)。致病蛋白如Tau、α-突觸核蛋白、TDP-43等在病理條件下會發(fā)生異常相分離,形成病理性聚集體,最終導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。

在轉(zhuǎn)錄調(diào)控方面,研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子、輔激活因子和RNA聚合酶II可以通過相分離形成轉(zhuǎn)錄凝聚體,這些凝聚體作為"反應(yīng)室",將轉(zhuǎn)錄機器濃縮在一起,提高轉(zhuǎn)錄效率。這一發(fā)現(xiàn)改變了我們對基因表達(dá)調(diào)控的理解,也為開發(fā)新型抗癌藥物提供了新思路。

中國科學(xué)家在液-液相分離領(lǐng)域也有重要貢獻。清華大學(xué)施一公院士團隊解析了剪接體的高分辨率結(jié)構(gòu),揭示了剪接體組裝過程中相分離的作用。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、北京大學(xué)等機構(gòu)在相分離的物理機制、調(diào)控網(wǎng)絡(luò)等方面發(fā)表了一系列高水平研究成果。

體外重構(gòu)與生物物理表征

研究液-液相分離需要在體外重構(gòu)這一過程,這要求精確控制蛋白質(zhì)濃度、鹽濃度、pH值、溫度等多個參數(shù)。在體外相分離實驗中,通常需要配制不同濃度梯度的蛋白質(zhì)溶液,觀察相分離發(fā)生的臨界濃度。

濁度測定是監(jiān)測相分離的簡單而有效的方法。當(dāng)溶液發(fā)生相分離時,形成的液滴會散射光線,導(dǎo)致溶液濁度增加,表現(xiàn)為600nm波長處吸光度的上升。通過分光光度計連續(xù)監(jiān)測吸光度隨時間或溫度的變化,可以精確確定相分離的動力學(xué)過程和相圖。

KEWLAB的溫控分光光度計特別適合這類實驗,可以在精確控制溫度的同時實時監(jiān)測吸光度變化,并自動記錄數(shù)據(jù)。這對于研究溫度誘導(dǎo)的相分離、相轉(zhuǎn)變動力學(xué)等問題非常有價值。

此外,相分離形成的液滴大小、形態(tài)、融合行為等特征需要通過顯微鏡觀察。熒光顯微鏡下,標(biāo)記了熒光蛋白的凝聚體表現(xiàn)為球形液滴,可以融合、分裂、濕潤表面,表現(xiàn)出液體的流動性。通過熒光漂白后恢復(fù)(FRAP)實驗,可以測量凝聚體內(nèi)分子的擴散速率,評估其物理狀態(tài)。

藥物開發(fā)的新靶點

液-液相分離為藥物開發(fā)提供了全新的靶點。通過調(diào)控相分離過程,可以影響細(xì)胞功能和疾病進程。例如,某些小分子可以抑制致病蛋白的相分離,阻止病理性聚集體的形成,這為治療神經(jīng)退行性疾病提供了新策略。

在癌癥治療中,研究發(fā)現(xiàn)某些癌基因如MYC可以通過相分離形成轉(zhuǎn)錄凝聚體,驅(qū)動癌細(xì)胞的增殖。開發(fā)能夠破壞這些凝聚體的藥物,有可能成為新型抗癌療法。目前,多家制藥公司正在這一方向上進行藥物篩選和開發(fā)。

七、表觀遺傳學(xué)調(diào)控機制

表觀遺傳學(xué)的核心概念

表觀遺傳學(xué)研究不涉及DNA序列改變的可遺傳基因表達(dá)調(diào)控機制。在同一個體的不同細(xì)胞中,盡管基因組序列完全相同,但基因表達(dá)模式卻截然不同,這正是表觀遺傳調(diào)控的結(jié)果。主要的表觀遺傳修飾包括DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑和非編碼RNA調(diào)控等。

表觀遺傳修飾在發(fā)育、分化、衰老等生命過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用,其異常與癌癥、神經(jīng)退行性疾病、代謝性疾病等多種疾病密切相關(guān)。重要的是,與基因突變不同,表觀遺傳修飾是可逆的,這使得表觀遺傳藥物成為疾病治療的重要方向。

前沿研究進展

RNA修飾,特別是N6-甲基腺苷(m6A)修飾,是近年來表觀遺傳學(xué)研究的熱點。m6A是真核生物mRNA上最豐富的修飾,由"寫入器"(甲基轉(zhuǎn)移酶)添加、"擦除器"(去甲基化酶)移除,并由"閱讀器"(m6A結(jié)合蛋白)識別,從而調(diào)控RNA的穩(wěn)定性、剪接、翻譯和定位。

2024年的研究發(fā)現(xiàn),m6A修飾在免疫應(yīng)答中發(fā)揮著重要作用。病毒感染或免疫激活后,宿主細(xì)胞會改變mRNA的m6A修飾模式,影響免疫相關(guān)基因的表達(dá)。這一發(fā)現(xiàn)不僅揭示了免疫調(diào)控的新機制,也為開發(fā)新型免疫療法提供了思路。

在表觀遺傳藥物方面,多種靶向表觀遺傳修飾酶的小分子藥物已經(jīng)獲批或進入臨床試驗。DNA甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑阿扎胞苷、組蛋白去乙?；敢种苿┓⒅Z他等藥物已用于血液腫瘤的治療。2024年,多款新型表觀遺傳藥物展現(xiàn)出良好的臨床前景,包括EZH2抑制劑、BET蛋白抑制劑、PRMT5抑制劑等。

中國科學(xué)家在表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域也有重要貢獻。中國科學(xué)院生物物理研究所、北京大學(xué)等機構(gòu)在DNA甲基化、組蛋白修飾的分子機制方面取得了一系列原創(chuàng)性成果。中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院等機構(gòu)在表觀遺傳藥物研發(fā)方面也取得了進展,多個候選藥物進入臨床試驗階段。

表觀遺傳學(xué)分析技術(shù)

研究表觀遺傳修飾需要多種分子生物學(xué)和生物化學(xué)技術(shù)。染色質(zhì)免疫沉淀(ChIP)是研究組蛋白修飾和轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合的金標(biāo)準(zhǔn)技術(shù),通過特異性抗體富集修飾的染色質(zhì),然后進行測序或PCR分析。ChIP實驗的成功與否很大程度上取決于染色質(zhì)的質(zhì)量和抗體的特異性。

在ChIP實驗的DNA純化步驟中,需要去除蛋白質(zhì)和RNA污染,獲得高純度的DNA樣品。通過紫外分光光度計測量260nm、280nm和230nm波長的吸光度,可以全面評估DNA的純度。A260/A280比值反映蛋白質(zhì)污染程度,A260/A230比值反映有機溶劑或鹽污染程度。KEWLAB的分光光度計可以同時測量多個波長的吸光度,自動計算各種比值,并提供質(zhì)量評估報告。

甲基化DNA免疫沉淀測序(MeDIP-seq)和亞硫酸氫鹽測序(Bisulfite-seq)是研究DNA甲基化的主流技術(shù)。這些技術(shù)都需要從組織或細(xì)胞中提取高質(zhì)量的基因組DNA。DNA的降解或污染會嚴(yán)重影響后續(xù)分析的準(zhǔn)確性。因此,DNA提取后的質(zhì)控至關(guān)重要,包括濃度測定、純度評估和完整性檢查。

臨床應(yīng)用前景

表觀遺傳生物標(biāo)志物在疾病診斷和預(yù)后評估中展現(xiàn)出巨大潛力。許多癌癥都伴隨著特征性的DNA甲基化改變,這些改變可以作為早期診斷的標(biāo)志物。例如,結(jié)直腸癌篩查中廣泛使用的糞便DNA檢測就是基于癌細(xì)胞特異性的甲基化標(biāo)志物。

表觀遺傳藥物的優(yōu)勢在于其作用的可逆性和相對廣泛的適應(yīng)癥。一種表觀遺傳藥物可能對多種具有相似表觀遺傳異常的腫瘤有效。隨著對表觀遺傳調(diào)控機制理解的深入,更多靶向表觀遺傳修飾的藥物將被開發(fā)出來,為癌癥等疾病的治療提供新的選擇。

八、微生物組與宿主互作

人體的"第二基因組"

人體內(nèi)寄居著數(shù)萬億微生物,它們的基因總數(shù)是人類基因的100倍以上,被稱為人體的"第二基因組"。這些微生物主要分布在腸道,也存在于皮膚、口腔、呼吸道等部位,與人體形成復(fù)雜的共生關(guān)系。微生物組不僅參與營養(yǎng)物質(zhì)的代謝和吸收,還在免疫系統(tǒng)發(fā)育、病原體防御、神經(jīng)系統(tǒng)功能等方面發(fā)揮著重要作用。

近年來的研究發(fā)現(xiàn),微生物組失衡(菌群失調(diào))與肥胖、糖尿病、炎癥性腸病、自閉癥、抑郁癥等多種疾病相關(guān),這揭示了"腸-腦軸"、"腸-肝軸"、"腸-肺軸"等多個系統(tǒng)間的聯(lián)系,為理解疾病機制和開發(fā)新療法開辟了新視角。

最新研究突破

2024年,微生物組研究在多個方向取得重要進展。在腫瘤免疫方面,研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群可以影響免疫檢查點抑制劑的療效。某些特定的細(xì)菌種類可以增強抗PD-1/PD-L1抗體的抗腫瘤效果,而另一些細(xì)菌則會導(dǎo)致耐藥。這一發(fā)現(xiàn)促使研究人員開發(fā)"微生物組調(diào)節(jié)劑",通過改善腸道菌群組成來提高免疫治療的成功率。

在神經(jīng)精神疾病方面,腸-腦軸研究取得了突破性進展。科學(xué)家發(fā)現(xiàn),腸道菌群產(chǎn)生的神經(jīng)遞質(zhì)、短鏈脂肪酸等代謝產(chǎn)物可以通過多種途徑影響大腦功能。在動物模型中,通過糞菌移植可以改善抑郁癥、焦慮癥等疾病的癥狀。2024年發(fā)表的一項臨床研究顯示,糞菌移植對某些難治性抑郁癥患者有顯著療效,這為精神疾病治療開辟了全新路徑。

中國科學(xué)家在微生物組研究領(lǐng)域也有重要貢獻。中國科學(xué)院微生物研究所、上海交通大學(xué)等機構(gòu)開展了大規(guī)模的中國人群腸道菌群研究,建立了中國人腸道菌群的參考基因集。華大基因參與的國際人類微生物組計劃(HMP)為全球微生物組研究提供了重要數(shù)據(jù)資源。

微生物組分析技術(shù)

微生物組研究主要依賴于高通量測序技術(shù)。16S rRNA基因測序是最常用的方法,通過擴增和測序細(xì)菌特有的16S rRNA基因,可以鑒定樣品中的細(xì)菌種類和相對豐度。宏基因組測序(Shotgun metagenomic sequencing)則對樣品中的所有DNA進行隨機測序,不僅可以鑒定微生物種類,還能分析其功能基因和代謝通路。

在進行微生物組測序之前,需要提取樣品(如糞便、唾液、組織等)中的總DNA。DNA提取的質(zhì)量直接影響測序結(jié)果的準(zhǔn)確性。高質(zhì)量的DNA應(yīng)該具有高濃度、高純度、低降解的特征。

分光光度法是評估DNA質(zhì)量最快捷的方法。通過測量260nm處的吸光度可以計算DNA濃度,A260/A280比值用于評估蛋白質(zhì)污染,A260/A230比值用于評估有機溶劑和多糖污染。對于含有大量多糖和酚類化合物的糞便樣品,A260/A230比值通常是質(zhì)控的關(guān)鍵指標(biāo),理想值應(yīng)在2.0-2.2之間。

KEWLAB的超微量分光光度計特別適合微生物組研究,因為某些珍貴樣品(如組織活檢)的DNA量非常有限。該儀器只需0.5-2微升樣品即可進行準(zhǔn)確的濃度和純度測定,最大程度地節(jié)約樣品,同時保證測量精度。

臨床應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)前景

基于微生物組的疾病診斷和治療正在快速發(fā)展。糞菌移植(Fecal Microbiota Transplantation, FMT)已被FDA批準(zhǔn)用于治療復(fù)發(fā)性艱難梭菌感染,治愈率超過90%。多項臨床試驗正在探索FMT在炎癥性腸病、代謝綜合征等疾病中的應(yīng)用。

益生菌、益生元和后生元產(chǎn)品也是微生物組研究的重要應(yīng)用方向。新一代精準(zhǔn)益生菌不再是泛泛的"調(diào)節(jié)腸道"功能,而是針對特定疾病設(shè)計的功能性菌株。例如,某些工程化的乳酸菌可以在腸道內(nèi)產(chǎn)生治療性蛋白,用于治療苯丙酮尿癥等代謝性疾病。

中國的微生物組產(chǎn)業(yè)正在快速發(fā)展,多家初創(chuàng)公司專注于微生物組檢測、益生菌開發(fā)、糞菌移植等領(lǐng)域。隨著技術(shù)的成熟和法規(guī)的完善,微生物組療法有望成為精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的重要組成部分。

九、mRNA療法與細(xì)胞免疫治療

COVID-19疫苗帶來的技術(shù)革命

mRNA疫苗在COVID-19疫情中的成功應(yīng)用證明了mRNA技術(shù)的巨大潛力。輝瑞-BioNTech和Moderna的mRNA疫苗不僅開發(fā)速度快,而且安全性和有效性都超出預(yù)期,這極大地推動了mRNA技術(shù)平臺的發(fā)展和mRNA療法在其他疾病領(lǐng)域的應(yīng)用。

mRNA技術(shù)的核心優(yōu)勢在于其"可編程"特性。理論上,只要知道目標(biāo)蛋白的序列,就可以快速設(shè)計和生產(chǎn)相應(yīng)的mRNA藥物,而不需要像傳統(tǒng)疫苗或蛋白藥物那樣進行復(fù)雜的蛋白表達(dá)和純化。這種靈活性使得mRNA技術(shù)特別適合個性化醫(yī)療,如癌癥疫苗。

腫瘤免疫治療的新突破

2024-2025年,mRNA癌癥疫苗取得了重要臨床進展。BioNTech和Moderna公司開發(fā)的個性化mRNA癌癥疫苗在黑色素瘤、胰腺癌等實體瘤的臨床試驗中展現(xiàn)出顯著療效。這些疫苗通過測序患者腫瘤的突變基因,選擇具有免疫原性的新抗原,然后編碼成mRNA并包裝成疫苗,刺激患者自身免疫系統(tǒng)攻擊腫瘤細(xì)胞。

在一項針對高危黑色素瘤患者的III期臨床試驗中,mRNA疫苗聯(lián)合PD-1抑制劑治療組的無復(fù)發(fā)生存期顯著長于單用PD-1抑制劑組,這是癌癥疫苗臨床研究的重大突破?；谶@些積極結(jié)果,多款mRNA癌癥疫苗有望在未來幾年內(nèi)獲批上市。

CAR-T細(xì)胞療法是另一個快速發(fā)展的免疫治療領(lǐng)域。CAR-T療法通過基因工程改造患者的T細(xì)胞,使其表達(dá)嵌合抗原受體(CAR),從而能夠特異性識別和殺傷腫瘤細(xì)胞。截至2024年底,全球已有7款CAR-T產(chǎn)品獲批,主要用于血液腫瘤的治療。

最新的CAR-NK(自然殺傷)細(xì)胞療法克服了CAR-T的一些局限性,如細(xì)胞因子釋放綜合征等嚴(yán)重副作用。NK細(xì)胞可以來源于健康供體,不需要個性化制備,且具有多重殺傷機制,展現(xiàn)出"off-the-shelf"(現(xiàn)貨型)細(xì)胞療法的潛力。2024年,多款CAR-NK產(chǎn)品進入臨床試驗,顯示出良好的安全性和初步療效。

中國在細(xì)胞免疫治療領(lǐng)域發(fā)展迅速,CAR-T產(chǎn)品數(shù)量僅次于美國。傳奇生物、藥明巨諾、復(fù)星凱特等公司的CAR-T產(chǎn)品已經(jīng)獲批或進入審評階段。中國科學(xué)院等機構(gòu)在CAR-NK、TCR-T等新型細(xì)胞療法方面也有重要布局。

mRNA制備與質(zhì)量控制

mRNA藥物的生產(chǎn)包括DNA模板制備、體外轉(zhuǎn)錄、加帽、加尾、純化等多個步驟,每個步驟都需要嚴(yán)格的質(zhì)量控制。mRNA的純度、完整性、加帽效率等參數(shù)直接影響其在體內(nèi)的穩(wěn)定性和翻譯效率。

在mRNA純化后,需要通過多種方法評估其質(zhì)量。紫外分光光度法是最基礎(chǔ)的質(zhì)控手段,通過測量260nm處的吸光度可以快速測定mRNA濃度,A260/A280比值應(yīng)在2.0左右,表明RNA純度較高,蛋白質(zhì)污染較少。

瓊脂糖凝膠電泳或毛細(xì)管電泳用于檢測mRNA的完整性和長度分布。高質(zhì)量的mRNA應(yīng)該顯示為單一的條帶,沒有明顯的降解產(chǎn)物。液相色譜法可以定量分析加帽效率,這對mRNA的翻譯效率至關(guān)重要。

KEWLAB的紫外分光光度計在mRNA研發(fā)和生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。其高精度的濃度測定和純度分析功能,可以確保mRNA原料藥的質(zhì)量符合GMP標(biāo)準(zhǔn)。對于大規(guī)模生產(chǎn),多通道檢測和批量數(shù)據(jù)處理功能可以大幅提高質(zhì)控效率。

未來發(fā)展方向

mRNA技術(shù)的應(yīng)用正在從疫苗擴展到蛋白替代療法。對于因蛋白缺陷導(dǎo)致的疾病,如囊性纖維化、血友病等,mRNA可以直接在體內(nèi)表達(dá)功能性蛋白,避免了蛋白藥物的生產(chǎn)和遞送難題。

mRNA技術(shù)還在基因編輯領(lǐng)域發(fā)揮作用。通過遞送編碼Cas9蛋白和向?qū)NA的mRNA,可以實現(xiàn)瞬時的基因編輯,避免了DNA載體整合到基因組的風(fēng)險。這種方法在體外細(xì)胞編輯和體內(nèi)基因治療中都展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。

隨著脂質(zhì)納米顆粒(LNP)等遞送系統(tǒng)的優(yōu)化,mRNA藥物的組織靶向性和遞送效率不斷提高。未來,mRNA技術(shù)有望在罕見病治療、再生醫(yī)學(xué)、傳染病防控等多個領(lǐng)域發(fā)揮更大作用。

十、類器官與器官芯片技術(shù)

體外模型系統(tǒng)的革命

類器官(Organoids)是從干細(xì)胞或組織干細(xì)胞培養(yǎng)而來的三維細(xì)胞培養(yǎng)物,能夠模擬體內(nèi)器官的結(jié)構(gòu)和功能。與傳統(tǒng)的二維細(xì)胞培養(yǎng)相比,類器官保留了細(xì)胞間的相互作用、組織結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和功能的多樣性,是更加接近體內(nèi)生理狀態(tài)的模型系統(tǒng)。

器官芯片(Organ-on-a-Chip)則是一種微流控芯片技術(shù),通過在微小的芯片上培養(yǎng)人體細(xì)胞和組織,模擬器官的微環(huán)境和生理功能。器官芯片可以控制營養(yǎng)物質(zhì)的供給、代謝廢物的清除、機械力的施加等參數(shù),實現(xiàn)對細(xì)胞微環(huán)境的精確調(diào)控。

這兩種技術(shù)的結(jié)合為藥物開發(fā)、疾病建模、個性化醫(yī)療提供了強大的工具,被認(rèn)為是有可能替代動物實驗的關(guān)鍵技術(shù)。

技術(shù)突破與監(jiān)管認(rèn)可

2024年,FDA正式將類器官和器官芯片技術(shù)納入"動物實驗替代方法"的監(jiān)管框架,并發(fā)布了相關(guān)指導(dǎo)文件。這標(biāo)志著這些新型體外模型系統(tǒng)獲得了監(jiān)管機構(gòu)的認(rèn)可,有望在藥物安全性評價中發(fā)揮重要作用。

在技術(shù)層面,2024年也取得了多項突破。多器官芯片(Multi-Organ-on-a-Chip)系統(tǒng)成功連接了肝、腎、心、肺等多個器官模型,可以模擬藥物在體內(nèi)的分布、代謝和毒性,大大提高了藥物安全性評價的準(zhǔn)確性。這種系統(tǒng)已經(jīng)在多家制藥公司得到應(yīng)用,顯著減少了臨床試驗階段的失敗率。

患者來源的類器官(Patient-Derived Organoids, PDO)在精準(zhǔn)醫(yī)療中展現(xiàn)出巨大潛力。通過從患者腫瘤組織培養(yǎng)類器官,可以在體外測試不同藥物的療效,為患者選擇最有效的治療方案。多項臨床研究顯示,基于PDO的藥物敏感性測試可以顯著提高治療成功率,特別是對于難治性癌癥患者。

中國科學(xué)家在類器官和器官芯片技術(shù)方面也取得了重要進展。清華大學(xué)、浙江大學(xué)等機構(gòu)開發(fā)了多種器官芯片系統(tǒng),應(yīng)用于藥物篩選和疾病模型研究。中國科學(xué)院等機構(gòu)在腦類器官、肝類器官方面有突破性工作,發(fā)表在《自然》《細(xì)胞》等頂級期刊上。

類器官培養(yǎng)的技術(shù)要點

類器官培養(yǎng)需要精確控制培養(yǎng)基成分、生長因子濃度、基質(zhì)環(huán)境等多個參數(shù)。不同類型的類器官需要特定的培養(yǎng)條件,例如腸道類器官需要Wnt、R-spondin、Noggin等生長因子的支持。

在類器官培養(yǎng)過程中,需要定期監(jiān)測培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)的消耗和代謝產(chǎn)物的積累。葡萄糖濃度、乳酸濃度、pH值等參數(shù)的變化反映了類器官的代謝活性和生長狀態(tài)。某些代謝產(chǎn)物具有特征性的紫外-可見吸收光譜,可以通過分光光度法進行快速監(jiān)測。

類器官的活力評估通常采用MTT、CCK-8等比色法。這些方法基于線粒體脫氫酶將無色的底物轉(zhuǎn)化為有色產(chǎn)物,吸光度的大小與活細(xì)胞數(shù)量成正比。KEWLAB的微孔板分光光度計特別適合高通量的類器官活力檢測,可以同時測量96孔板中所有樣品,大大提高了實驗效率。

在藥物篩選應(yīng)用中,需要精確配制不同濃度的藥物溶液,測試其對類器官的影響。藥物溶液的濃度誤差會直接影響劑量-效應(yīng)曲線的準(zhǔn)確性。高精度的移液和濃度測定是確保實驗可靠性的前提。

應(yīng)用前景與產(chǎn)業(yè)化

類器官和器官芯片技術(shù)正在快速產(chǎn)業(yè)化。多家生物技術(shù)公司專注于提供類器官培養(yǎng)服務(wù)、器官芯片系統(tǒng)和相關(guān)試劑。這些技術(shù)在藥物開發(fā)、化妝品測試、環(huán)境毒理學(xué)等領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。

在再生醫(yī)學(xué)方面,類器官技術(shù)為器官移植提供了新的可能性。雖然將類器官直接移植到患者體內(nèi)還面臨諸多挑戰(zhàn),但一些簡單的組織,如皮膚、角膜等,已經(jīng)在動物實驗中顯示出良好的移植效果。

隨著技術(shù)的成熟和成本的降低,類器官和器官芯片有望成為生物醫(yī)學(xué)研究的標(biāo)準(zhǔn)工具。對于科研工作者而言,掌握這些前沿技術(shù)將為職業(yè)發(fā)展帶來新的機遇。

結(jié)語：把握生物化學(xué)研究的歷史機遇

生物化學(xué)正處于一個激動人心的時代。人工智能、高通量技術(shù)、精密儀器分析等工具的匯聚,使得研究人員能夠在前所未有的精度和規(guī)模上探索生命的奧秘。從蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)到代謝網(wǎng)絡(luò),從單個細(xì)胞到復(fù)雜組織,從基因編輯到細(xì)胞療法,生物化學(xué)研究正在向著更加系統(tǒng)化、定量化、個性化的方向發(fā)展。

本文介紹的十大前沿研究方向代表了當(dāng)前生物化學(xué)領(lǐng)域最活躍的研究熱點和最具變革潛力的技術(shù)平臺。這些方向不僅在基礎(chǔ)研究中產(chǎn)生著深刻影響,更在疾病診斷、藥物開發(fā)、精準(zhǔn)醫(yī)療等應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大價值。對于中國的科研工作者而言,這是一個充滿機遇的時代,國家的持續(xù)投入、完善的科研基礎(chǔ)設(shè)施、快速增長的生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè),都為開展世界一流的研究創(chuàng)造了良好條件。

在追求科學(xué)前沿的道路上,可靠的實驗儀器和精準(zhǔn)的分析方法是不可或缺的基礎(chǔ)。KEWLAB始終致力于為中國科研人員提供高質(zhì)量的實驗室儀器和專業(yè)的技術(shù)支持,從最基礎(chǔ)的分光光度計、電子天平到先進的光譜分析系統(tǒng),我們的產(chǎn)品覆蓋了生物化學(xué)研究的各個環(huán)節(jié)。我們相信,只有將前沿的研究理念與可靠的實驗技術(shù)相結(jié)合,才能產(chǎn)出高質(zhì)量的科研成果。

展望未來,生物化學(xué)將繼續(xù)在理解生命、征服疾病、改善人類健康方面發(fā)揮核心作用。讓我們攜手并進,在這個生物化學(xué)研究的黃金時代,為人類的健康福祉做出更大的貢獻。

本文由KEWLAB技術(shù)團隊編寫，內(nèi)容基于2024-2025年國際權(quán)威期刊發(fā)表的最新研究成果，轉(zhuǎn)載請注明出處。