无细胞技术(无细胞系统cell-free）在生物领域中的应用（一）

无细胞技术（cell-free）作为生物技术的一种，在近几十年中不断发展，特别是在近十年当中，已经有了比较广泛的应用，近年来，随着生物耗材，必要的反应器材，设施设备，基础生物化工材料，科研实验条件的不断进步。无细胞技术已经得到了长足的进步和发展。应用场景也随之有了非常大的突破，重点有以下几项：

一、例如在应对实验室培养细胞来进行表达蛋白经常遇到的实验室污染问题，已经有无细胞体外表达蛋白试剂盒成功的进行了商业化。使用无细胞体外表达蛋白的试剂盒可以有效避免实验室污染带来的损失宝贵的实验时间（1-3个月），同时，可以一次购买，分成多份使用，并且储存时间通常都可以达到数个月以上，在设计实验的过程中，随心所欲调整所要表达的目标蛋白，特别是对于蛋白质设计后，需要表达蛋白进行验证。大大提高了实验的准确性和灵活性，缩短科研时间，提高科研效率，可以有效助力科研转化，提高科研产出。已经成为很多大型科研机构必备的基础耗材。

二、微型化，快速反应可以应用于广泛的检测指标中，尤其是涉及到生物指标检测，例如；污水，食品安全，病毒诊断试剂等。目前市场上这些行业普遍存在着检测设备笨重，从取样到得到实验结果时间周期长，同时由于涉及到检测环节多人参与，带来的人为因素影响过多，最终得到的检测结果有差异。应用无细胞技术（cell-free）将检测指标一一对应，选择合理的关键反应物来进行微型化的处理，同时进行现场取样，现场检测，现场得到结果，及时上传，避免了人为因素的干扰，可以做到全程同步可视化，减少设备搬运，减少人力浪费。实现取样，检测，数据输入，实时同步到终端设备。为后续的各项工作提供可靠的数据来源和依据。经典应用：寨卡病毒检测。

三、 无细胞技术（cell-free）蛋白质表达上的应用，作为近年来单独列出的蛋白表达系统，主要用于表达膜蛋白等难以在细胞内获取的蛋白。膜蛋白在细胞间联系、表面识别、细胞骨架接触、信号传导、酶活性及物质运输中扮演了重要角色。由于其具有多种细胞功能，膜蛋白是非常理想的药物靶标。但是，膜蛋白的其复杂的优化过程使得纯化非常困难并且耗费时间。无细胞技术可以用来来获得高得率的可溶性的膜蛋白。在无细胞技术 无细胞技术（cell-free）膜蛋白时，有时候会加入Nanodisc（纳米磷脂盘），获得稳定的蛋白质，其应用范围包括生物物理学分析、表面等离子共振、核磁共振和冷冻电镜的质谱分析。

Nanodiscs可使膜蛋白处于一个类似磷脂双分子层的环境中，从而保证膜蛋白能够像在天然的细胞膜中维持其构象和生物学功能。Nanodisc能够很好地维持膜蛋白的稳定，从而可以在膜蛋白领域的研究工作起到很大的作用。Nanodisc是由膜支架蛋白(membrane scaffold proteins，MSPs)和磷脂分子构成的磷脂双分子层类膜结构。
根据不同的实验情况，多数时候可以使用两种不同的方法来包裹其想要获得的膜蛋白：
1） 对于已经分离并溶解在去污剂中的膜蛋白，我们推荐使用膜支架蛋白（MSPS）并配合磷脂分子使用。
2） 针对无细胞表达系统所生产的膜蛋白，推荐使用空载并已经组装好的纳米磷脂盘来包裹/插入其目标膜蛋白。[李1]

四、通过快速和系统地评估蛋白质结构 - 活性关系来创建加速发现和开发潜在最佳分子，从而创建优化的同类产品候选者。从而加速潜在首创和同类最优分子的发现和开发。目前在美国已经有在纳斯达克上市的无细胞技术（cell-free）+ADC的公司，该公司在研药物已经取得了阶段性成果，并且与百时美施贵宝、默克等公司开展合作并获得了部分里程碑式的付款。

图片来源于Sutro Biopharma Inc官网地址：https://www.sutrobio.com

Sutro 授权烨辉医药在大中华区（包括中国大陆、香港、澳门和台湾）开发和商业化靶向 CD74 的抗体 偶联药物 (ADC) STRO-001，用于治疗血液癌症患者。同时烨辉医药将向 Sutro 支付 400 万美元的首付款，与选择权行使、药物开发、 注册和商业里程碑相关的潜在付款总额高达 2 亿美元。Sutro 将根据临床和商业化供应服务协议 向烨辉医药提供 STRO-001 药品。商业化后，Sutro 将根据 STRO-001 在大中华区的年净销售额 获得不同梯度分级的两位数销售提成。

Sutro Biopharma, Inc.于2003年4月21日根据特拉华州法律注册成立，之前被称为Fundamental Applied Biology, Inc.。该公司是一家专注于利用其专有权的临床阶段药物发现，开发和制造公司。集成的无细胞蛋白质合成平台XpressCF，为癌症和自身免疫性疾病创造了各种优化设计的新一代蛋白质治疗药物。Sutro Biopharma旨在使用最有效的方式设计治疗方法，包括基于细胞因子的免疫肿瘤学，或I/O治疗，抗体 - 药物偶联物或ADC，以及主要针对临床验证目标的双特异性抗体。他们希望可以通过创建具有改进治疗特征的药物来改变患者的生活。

五、无细胞技术部分应用汇总参考文献以及相关消息链接

onlinelibrary.wiley.com

Cell-Free Expression of a Plant Membrane Protein BrPT2 From Boesenbergia Rotunda | SpringerLink

Membranes unlock potential to vastly increase | EurekAlert!

ncbi.nlm.nih.gov/pmc/ar

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