疾病診治也能“私人定制”

4月8日，浙江大學(xué)對外發(fā)布，該校核醫(yī)學(xué)與分子影像研究所張宏教授團隊，成功研制國內(nèi)首套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的PET分子影像探針微流控模塊化集成合成系統(tǒng)。

目前研制成功的樣機，具有低成本、多模塊、快合成、自動化等特點，采用微流控芯片模塊化策略，在一臺儀器上可以合成不同的PET分子影像探針。這項分子影像探針合成研究成果，不僅極大拓展個體化、精準(zhǔn)醫(yī)療的PET臨床應(yīng)用，還可為相關(guān)新藥研發(fā)發(fā)揮重要支撐作用，對于我國搶占該領(lǐng)域的科學(xué)研究制高點具有重要戰(zhàn)略意義。

記者在現(xiàn)場看到了這個“小家伙”，外形為35厘米×25厘米×28厘米的黑盒子，并配備了一個外置顯示器，重7—8千克。

團隊歷時12年，突破了高可靠有機反應(yīng)微流控芯片的制造工藝、多流路試劑注入和產(chǎn)物引出、零死體積微單元的接口，以及氣液流體控制系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)、反應(yīng)控制系統(tǒng)、軟件控制系統(tǒng)的集成等多個主要技術(shù)難題，形成9項重要專利，并且在放射量、制備時間、前體量、溶劑消耗量、功率消耗、設(shè)備成本等關(guān)鍵能耗指標(biāo)上，較現(xiàn)有設(shè)備降低62%—98%。

正電子發(fā)射型計算機斷層顯像（Positron Emission Tomography，簡稱PET）是國際上最先進的分子影像學(xué)檢查技術(shù)，能夠反映活體狀態(tài)下細胞或分子水平的變化，有助于理解這些特定分子的生物學(xué)行為和特征。通過特定標(biāo)記的藥物，可以動態(tài)顯示機體內(nèi)各種組織器官及細胞代謝的生化改變、基因表達、受體功能等生命關(guān)鍵信息，揭示疾病生物學(xué)過程，實現(xiàn)腫瘤、心血管及神經(jīng)精神等重大疾病的精準(zhǔn)診治。

分子影像探針是PET和核醫(yī)學(xué)的關(guān)鍵，是一種特異性的顯像劑，其中發(fā)揮信號作用的是放射性核素。這些放射性核素就像“偵察兵”，能為醫(yī)生和科研人員找到病灶的位置。但是“偵察兵”本身不能在人的體內(nèi)巡邏，需要躲藏在像特洛伊木馬那樣的特定介質(zhì)中，通過與病灶上的特定受體等結(jié)合，一路釋放信號留下蛛絲馬跡，做好生物學(xué)特征標(biāo)記。

分子影像探針的特殊性在于“一把鑰匙開一把鎖”，要觀察特定的生化過程，需要特定的探針。目前，國際上已經(jīng)有這類分子影像探針100余種，隨著科研人員的不斷探索這個數(shù)量還會不斷增加。

正所謂，工欲善其事必先利其器。課題組成員、浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)中心副主任田梅介紹，她在這項研究中首先是從臨床提出需求，凝練科學(xué)問題，然后與科研團隊開展交叉研究。

做小、做好、標(biāo)記到其他介質(zhì)，是分子影像探針研制中的難題。作為浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)與分子影像研究所所長的張宏，帶領(lǐng)田梅、浙江大學(xué)化學(xué)系特聘副研究員潘建章、化學(xué)系微分析系統(tǒng)研究所所長方群教授、化學(xué)系副教授雷鳴、化學(xué)系副教授徐光明、化學(xué)工程與生物工程學(xué)院特聘研究員和慶鋼，圍繞國家衛(wèi)生與健康重大挑戰(zhàn)，瞄準(zhǔn)重大疾病精準(zhǔn)診治關(guān)鍵問題，組建交叉學(xué)科團隊，提出了PET分子影像探針微流控模塊化集成合成系統(tǒng)這一設(shè)計思路。

說到化學(xué)合成，大家首先想到的是瓶瓶罐罐的實驗器皿，微流控技術(shù)則是把瓶瓶罐罐放到微流控芯片的微通道網(wǎng)絡(luò)中，讓不同流體在其中實現(xiàn)混合、反應(yīng)、純化等過程。張宏團隊設(shè)計出一款特殊的微流控芯片，由石英制成，兩張名片大小，但是里面卻大有乾坤。

微流控合成，就是在具有微小尺度通道網(wǎng)絡(luò)的芯片結(jié)構(gòu)內(nèi)，通過對反應(yīng)物質(zhì)流體進行控制，實現(xiàn)合成反應(yīng)的微量快速合成新技術(shù)。“小是為了解決快速反應(yīng)和微量探針的合成。”潘建章介紹，他們采用的微流控芯片結(jié)構(gòu)，使其在容納流體的有效結(jié)構(gòu)（包括通道、反應(yīng)室和其他功能部件）中至少在1個維度上為微米級。

“通常微通道寬度和深度為10—500微米，長度為10—100厘米，最小的通道內(nèi)徑比一根頭發(fā)絲還要細?！迸私ㄕ抡f。

微流控技術(shù)可以顯著增大流體環(huán)境的面積與體積的比例，強化傳質(zhì)和傳熱效應(yīng)，提高反應(yīng)選擇性、速度和操作安全性，實現(xiàn)高效的反應(yīng)合成。針對微流控系統(tǒng)內(nèi)難以實現(xiàn)主動的混合和快速的干燥、換相等難題，研究團隊通過獨特的微流控芯片設(shè)計，將問題一一解決。

隨著研究的深入，課題組將微流控芯片迭代成為涵蓋微泵、微儲液器、連接微管、微混合器、微分離純化柱的以微流控芯片反應(yīng)器為主的合成系統(tǒng)。

張宏團隊研制的微流控芯片反應(yīng)器，能夠合成不同的分子探針。根據(jù)不同探針的合成反應(yīng)需要，他們開發(fā)出具有不同的微流控芯片反應(yīng)器。與此同時，通過自動控制的通道切換，把不同的試劑通入反應(yīng)芯片。

因此，一旦芯片插入儀器，需要什么試劑，就像在飲料機上面選飲料，根據(jù)需求對接。這樣一來，針對不同的分子影像探針制造，通過更換微流控芯片即可實現(xiàn)。每一個芯片就像一盤磁帶，插上不同的磁帶能夠放出不同的歌曲，插上不同的芯片就能獲得不同的探針。

張宏團隊還通過系統(tǒng)化集成研究，構(gòu)建了微流控合成儀主機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了全自動遠程控制，只需要在電腦上選擇配置方案，便可一鍵合成所需分子影像探針。

《中國教育報》2019年05月13日第7版