基于光遺傳工程化細(xì)胞的石墨烯晶體管用于實時抗腫瘤藥物的藥效評估
近日，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所在生物融合傳感領(lǐng)域取得新進(jìn)展，提出了一種基于光遺傳工程化細(xì)胞和石墨烯晶體管的快速、有效的體外抗腫瘤藥效評估方法，建立了定性與定量評估指標(biāo)，揭示了晶體管的漏源電壓對于評估效果的關(guān)鍵影響。研究成果發(fā)表在中科院一區(qū)Top期刊Sensors and Actuators B: Chemical。
近年來，惡性腫瘤的高發(fā)病率和死亡率使其成為全世界范圍內(nèi)嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問題?；熥鳛樽畛Ｒ姷哪[瘤治療方法可以有效延長患者的壽命，同時也對有效和高效的化療藥物藥效評估提出了新的要求。體外基于細(xì)胞的藥效評估是一種重要的藥效評估方法，也是新藥研發(fā)的關(guān)鍵步驟之一，但是當(dāng)前基于電生理和光學(xué)手段的體外藥效評估方法由于侵入性、試劑依賴性以及僅限端點檢測等諸多缺點被限制了其實際應(yīng)用。
為此，依托于中國科學(xué)院沈陽自動化研究所的機器人學(xué)國家重點實驗室微納米自動化團(tuán)隊提出了一種新的基于細(xì)胞的體外藥效評估方法。科研人員將光遺傳工程化細(xì)胞與石墨烯晶體管結(jié)合構(gòu)建了新型的生物融合傳感器件，其中光遺傳工程化細(xì)胞作為石墨烯晶體管的生物柵極，光誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)外電位差的變化量作為柵極電壓調(diào)控晶體管的輸出電流。實驗結(jié)果表明，晶體管的光誘導(dǎo)輸出電流增量隨光強變化的曲線可以作為評估藥物作用效果的定性指標(biāo)，該曲線的整體幅值隨藥物劑量增加或作用時間增長顯著降低。該曲線經(jīng)對數(shù)擬合后，擬合參數(shù)之一可以作為定量指標(biāo)，指標(biāo)的數(shù)值越小代表藥物作用越顯著。實驗結(jié)果還表明，由于部分石墨烯晶體管獨特的四分區(qū)輸出特性，該方法在較低的漏源電壓下具有更好的藥物評估性能。該方法避免了復(fù)雜的電生理測量和對化學(xué)試劑的依賴，實現(xiàn)了簡單、免標(biāo)記和定量化的實時藥效評估和監(jiān)測，并將細(xì)胞的光遺傳學(xué)工程推向了新的應(yīng)用。
該研究得到了國家科技部重點研發(fā)計劃、自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點研究項目的大力支持。
