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疾病诊治也能“私人定制”

发布时间:2019-05-14 12:08 编辑: 来源:

4月8日,浙江大学对外发布,该校核医学与分子影像研究所张宏教授团队,成功研制国内首套具有自主知识产权的PET分子影像探针微流控模块化集成合成系统。

目前研制成功的样机,具有低成本、多模块、快合成、自动化等特点,采用微流控芯片模块化策略,在一台仪器上可以合成不同的PET分子影像探针。这项分子影像探针合成研究成果,不仅极大拓展个体化、精准医疗的PET临床应用,还可为相关新药研发发挥重要支撑作用,对于我国抢占该领域的科学研究制高点具有重要战略意义。

记者在现场看到了这个“小家伙”,外形为35厘米×25厘米×28厘米的黑盒子,并配备了一个外置显示器,重7—8千克。

团队历时12年,突破了高可靠有机反应微流控芯片的制造工艺、多流路试剂注入和产物引出、零死体积微单元的接口,以及气液流体控制系统、电子控制系统、反应控制系统、软件控制系统的集成等多个主要技术难题,形成9项重要专利,并且在放射量、制备时间、前体量、溶剂消耗量、功率消耗、设备成本等关键能耗指标上,较现有设备降低62%—98%。

正电子发射型计算机断层显像(Positron Emission Tomography,简称PET)是国际上最先进的分子影像学检查技术,能够反映活体状态下细胞或分子水平的变化,有助于理解这些特定分子的生物学行为和特征。通过特定标记的药物,可以动态显示机体内各种组织器官及细胞代谢的生化改变、基因表达、受体功能等生命关键信息,揭示疾病生物学过程,实现肿瘤、心血管及神经精神等重大疾病的精准诊治。

分子影像探针是PET和核医学的关键,是一种特异性的显像剂,其中发挥信号作用的是放射性核素。这些放射性核素就像“侦察兵”,能为医生和科研人员找到病灶的位置。但是“侦察兵”本身不能在人的体内巡逻,需要躲藏在像特洛伊木马那样的特定介质中,通过与病灶上的特定受体等结合,一路释放信号留下蛛丝马迹,做好生物学特征标记。

分子影像探针的特殊性在于“一把钥匙开一把锁”,要观察特定的生化过程,需要特定的探针。目前,国际上已经有这类分子影像探针100余种,随着科研人员的不断探索这个数量还会不断增加。

正所谓,工欲善其事必先利其器。课题组成员、浙江大学医学中心副主任田梅介绍,她在这项研究中首先是从临床提出需求,凝练科学问题,然后与科研团队开展交叉研究。

做小、做好、标记到其他介质,是分子影像探针研制中的难题。作为浙江大学医学与分子影像研究所所长的张宏,带领田梅、浙江大学化学系特聘副研究员潘建章、化学系微分析系统研究所所长方群教授、化学系副教授雷鸣、化学系副教授徐光明、化学工程与生物工程学院特聘研究员和庆钢,围绕国家卫生与健康重大挑战,瞄准重大疾病精准诊治关键问题,组建交叉学科团队,提出了PET分子影像探针微流控模块化集成合成系统这一设计思路。

说到化学合成,大家首先想到的是瓶瓶罐罐的实验器皿,微流控技术则是把瓶瓶罐罐放到微流控芯片的微通道网络中,让不同流体在其中实现混合、反应、纯化等过程。张宏团队设计出一款特殊的微流控芯片,由石英制成,两张名片大小,但是里面却大有乾坤。

微流控合成,就是在具有微小尺度通道网络的芯片结构内,通过对反应物质流体进行控制,实现合成反应的微量快速合成新技术。“小是为了解决快速反应和微量探针的合成。”潘建章介绍,他们采用的微流控芯片结构,使其在容纳流体的有效结构(包括通道、反应室和其他功能部件)中至少在1个维度上为微米级。

“通常微通道宽度和深度为10—500微米,长度为10—100厘米,最小的通道内径比一根头发丝还要细。”潘建章说。

微流控技术可以显著增大流体环境的面积与体积的比例,强化传质和传热效应,提高反应选择性、速度和操作安全性,实现高效的反应合成。针对微流控系统内难以实现主动的混合和快速的干燥、换相等难题,研究团队通过独特的微流控芯片设计,将问题一一解决。

随着研究的深入,课题组将微流控芯片迭代成为涵盖微泵、微储液器、连接微管、微混合器、微分离纯化柱的以微流控芯片反应器为主的合成系统。

张宏团队研制的微流控芯片反应器,能够合成不同的分子探针。根据不同探针的合成反应需要,他们开发出具有不同的微流控芯片反应器。与此同时,通过自动控制的通道切换,把不同的试剂通入反应芯片。

因此,一旦芯片插入仪器,需要什么试剂,就像在饮料机上面选饮料,根据需求对接。这样一来,针对不同的分子影像探针制造,通过更换微流控芯片即可实现。每一个芯片就像一盘磁带,插上不同的磁带能够放出不同的歌曲,插上不同的芯片就能获得不同的探针。

张宏团队还通过系统化集成研究,构建了微流控合成仪主机控制系统,实现了全自动远程控制,只需要在电脑上选择配置方案,便可一键合成所需分子影像探针。

《中国教育报》2019年05月13日第7版 

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