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珀金埃尔默:抢占赛道 提供细胞分析系统解决方案

2021.4.20

  分析测试百科网讯 4月13日中国细胞生物学学会2021年全国学术大会在重庆召开。来自细胞生物学相关领域的2000余位专家、学者齐聚一堂,交流学科发展,更有众多企业,带来了领域前沿的创新成果。作为一门古老而始终面向前沿的学科,细胞生物学研究的进步同细胞分析技术密不可分,而近年来最令人瞩目的应用是细胞治疗,有望进一步攻克癌症等人类重大疾病。在“日新月盛的细胞分析与细胞治疗技术”系列采访活动中,笔者来到珀金埃尔默的展台,生命科学事业部市场开发经理刘文苑、徐雍羽向我们展示了珀金埃尔默在细胞分析与细胞治疗中的前沿技术。

大会亮点产品

  本次细胞生物学大会,珀金埃尔默主要展示了基于HTRF(均相时间分辨荧光)技术平台的GPCR研究和筛选解决方案,以及基于前沿Cell Painting(细胞全景绘制)筛选方案的试剂和成像分析技术。前者是最新发布的新型检测试剂盒,以加快发现更多靶向G蛋白偶联受体(GPCR)的药物。细胞全景绘制是高通量药物筛选领域的一项前沿技术,不久前新发布的试剂盒适用于高通量筛选,可大幅提升药物研发企业的研发效率。

  此外珀金埃尔默还带来了长时间活细胞成像平台MuviCyte,高内涵筛选系统Opera Phenix plus,多模式检测平台Nivo和LabChip GX Touch微流控毛细管电泳系统等生命科学仪器。

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  活细胞成像平台MuviCyte

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高内涵筛选系统Opera Phenix plus

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  多模式检测平台Nivo

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LabChip GX Touch微流控毛细管电泳系统

肿瘤免疫超级赛道:细胞治疗

  谈到如何看待目前的细胞治疗市场及其未来发展趋势,珀金埃尔默生命科学事业部市场开发经理徐雍羽表示:在2017年全球首个CAR-T疗法获批上市后,细胞治疗市场发展迅速,成为火热的肿瘤免疫研发赛道。目前已有四款靶向CD19的细胞疗法得到获批。此外,近期首个靶向BCMA的CAR-T疗法也已成功上市。据业内估计,从销售额来看,全球细胞治疗市场在2026年有望达到10亿美元。就临床数目而言,CAR-T疗法在肿瘤免疫领域仅次于基于免疫检查点抑制剂的疗法。而从在研药物数目来看, CAR-T疗法则已超过靶向T细胞的免疫疗法,成为肿瘤免疫疗法临床前的重要和主要研发方向。

  目前中国和美国是推动CAR-T疗法临床转化的主力军。相较于美国,接近八成的国内研究已处于临床阶段。同时,对比2018年,我们可以看到国内制药企业对于CAR-T疗法的布局和推动,CAR-T已然成为重要的细胞治疗研究和研发市场。

  考虑到细胞治疗技术的特殊性,该领域的机构主要会关注以下几个方向:

  (1)新型疗法的开发,避免同质化竞争。该方向包括新靶点的挖掘和评价,尤其针对实体瘤治疗方向,以及开发基于新型结构和形式(如通用性CAR-T)或者T细胞以外的免疫细胞群体(如NK和巨噬细胞等)的细胞疗法研发,以及靶向生产工艺的构建和优化等。

  (2)如何有效预测和提升CAR-T疗法的功能持续性和安全性,以及病人的分级等。

  (3)是否能够将细胞治疗和一些前沿的生物技术,如干细胞,CRISPR和BITE等,或者主流的肿瘤和免疫疗法,如PD-1/L1疗法等开展联用,进一步加强CAR-T疗法的临床表现。

  以研究环节来看,人们主要将细胞治疗临床前研发分为靶点挖掘、结合筛选、细胞检测分析和动物模型评价几个环节。此外,病毒生产制备,质控和工艺优化也是细胞治疗研发中的重要环节和关注点。

  覆盖全流程的产品和解决方案

  针对细胞治疗研究领域的主要环节和研究重点,珀金埃尔默均可提供前沿的整合解决方案。

  在靶点挖掘过程中,高通量成像解决方案有助于协助靶点的表达研究和功能性验证。此外,活体成像解决方案可在动物水平进一步验证靶点的成药性。

  针对细胞治疗早期研发中涉及到的结合筛选,例如scFv的亲和/竞争筛选,珀金埃尔默基于ALPHA和HTRF等技术平台,提供涵盖试剂、耗材、检测平台和自动化的高通量均相筛选解决方案。

  针对细胞水平研究,珀金埃尔默关注体外CAR-T细胞的活化、活力检测和分析。与Cytotoxic T细胞活化类似,CAR-T细胞的活化通常伴随着细胞因子的分泌、CAR-T细胞的增殖和最后特异性靶向肿瘤细胞的杀伤。针对这三个过程,珀金埃尔默均提供对应的基于放射/非放射平台的金标准解决方案。

  针对CAR-T细胞的体外功能分析,珀金埃尔默拥有基于成像技术的分析方案,以及利用能更好模拟生理微环境的3D微组织和类器官模型的筛选方案。针对体内研究,珀金埃尔默拥有完善的活体成像解决方案,包括性能卓越的IVIS系列和对应的细胞株和荧光染料,用于协助肿瘤模型的建立和药效评价,以及追踪输入的免疫细胞等应用。

  对于基于病毒传染的CAR-T细胞制备,珀金埃尔默的自动化解决方案可以协助病毒载体制备的高通量自动化,进而节约时间成本,提高效率。此外,LabChip 微流控毛细管电泳系统可用于满足CAR-T细胞生产过程中涉及到的核酸和蛋白质控需求。最后,我们还在积极开发新型的质控检测应用,如dsRNA检测,蛋白聚集检测等等。

  随着细胞治疗产业迈入大发展时代,在该新兴赛道上的竞争也呈现日趋激烈的态势。那么珀金埃尔默的技术和解决方案有怎样的竞争优势呢?

  优势:技术领先性和上下游完整性

  针对上述提到的细胞治疗研发过程中的多个环节,珀金埃尔默基于生命科学产品线的解决方案主要有以下两个优势:技术领先性和上下游完整性。以重要的细胞杀伤检测为例,珀金埃尔默提供两大金标准检测技术:基于放射的51Cr释放法和基于非放射的DELFIA® EuTDA细胞毒法。

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51Cr释放法检测原理图

  两种技术平台都基于利用探针高效、特异的标记靶细胞。经效应细胞杀伤后,靶细胞出现裂解,并释放探针到上清中用于定量杀伤效果。除了支持特异检测细胞杀伤外,51Cr释放法和 DELFIA® EuTDA细胞毒法的另外一大优势就是灵活性,支持多种细胞系和原代细胞作为靶细胞或效应细胞。此外,通过改变靶细胞,珀金埃尔默提供的方法学还支持CAR-T疗法的安全性分析,例如检测On target, off tumor脱靶效应带来的细胞毒性。

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  利用51Cr释放法检测脱靶效应的细胞毒性

  在技术的优势基础上,珀金埃尔默的解决方案涵盖了试剂、耗材、检测平台和自动化相关产品,大大加速了方法学的建立和转移。类似的,针对基于3D微组织和类器官的样本检测和分析,珀金埃尔默可基于微孔板-高内涵平台-图片智能分析软件提供针对性、完善的前沿解决方案。此外,在已有的解决方案基础上,其市场开发团队致力于开发相关的上下游环节,如样本的前处理和制备等兼容的解决方案,加强3D样本研究和筛选在细胞治疗研发中的应用。

  除了上述的优势外,珀金埃尔默的另一大优势在于专业的技术支持团队。他们拥有多年的一手高通量和成像筛选经验,能为一线的用户提供有力的支持和帮助。

细胞分析新趋势

  16世纪伴随显微镜的出现,人类开始对细胞进行研究。现代细胞生物学以研究细胞的分子结构及其在生命活动中的作用为主要任务,细胞生物学研究的进步同细胞分析技术密不可分。关于新时代下细胞分析的趋势,珀金埃尔默认为:目前细胞分析的一个发展方向为单细胞单一靶标向单细胞更多表型,借助AI生物信息学进行深度学习,海量数据分析挖掘的方向发展,即在2016年提出的Cell Painting为代表的筛选方案。而细胞分析的另一个趋势在于研究模型有非常明显的从2D到3D甚至向类器官转化、由单一细胞系培养转向肿瘤细胞、免疫细胞混培养,这对于成像和分析技术提出了更高的要求。

  细胞全景绘制

  细胞全景绘制是高通量药物筛选领域的一项前沿技术,该技术将细胞学与生物信息学相结合,可研究诸如化合物、药物、天然产物或siRNA对细胞行为的影响。用不同的荧光探针标记亚细胞结构来“全面绘制”细胞,通过成像,基于单细胞图像定量分析这些亚细胞结构和细胞器。然而,在针对这一前沿筛选应用建立实验方案时,很多实验室在独立制备试剂环节经常需要花费大量的时间和精力。

  为解决这一难题,珀金埃尔默在前不久推出了PhenoVue™细胞全景绘制即用型试剂盒,以其即用型配方让研发流程大大简化。该新试剂盒系列除了即用型试剂盒,针对灵活的应用方案针对灵活的应用需求,还推出了亚细胞结构、细胞器荧光探针和荧光二抗。经验证,这些试剂适用于高通量药物筛选,可大幅提升药物研发企业的研发效率。

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PhenoVue™细胞全景绘制即用型试剂盒

  细胞3D模型培养

  细胞的3D模型培养能够更好地模拟微环境、细胞间相互作用和体内生物过程。相较于生化检测和2D模型,3D模型可提供更具生理相关性的条件。此外,其形态学和功能分化程度更高,这也赋予了它们更接近体内细胞的特征。如今越来越多的研究人员正在应用3D细胞培养、微组织和类器官技术来填补2D细胞培养与体内动物模型之间的差距。特别是类器官的研究和使用,类器官是源自干细胞的体外衍生3D细胞聚集体,具有类似器官结构和功能。近年来,3D类器官培养技术逐渐成熟,正在成为药物筛选、个性化治疗和发育研究的重要模型。

  然而,细胞的3D培养技术面临着诸多挑战:首先,培养一致的、可再现的3D 微组织十分困难,尤其是类器官的培养;此外,大而厚的细胞样品成像难度极高;同时,处理3D细胞实验产生的海量数据则是最为严峻的挑战。

  珀金埃尔默的高内涵细胞成像分析系统,采用Nipkow转盘扫描技术配以高灵敏度sCMOS探测器,能够快速捕捉到细胞内发生的生物学过程,更因其降低光漂白和光毒性的特点,配合水浸式高数值孔径物镜,可以实现对活细胞、小型模式生物和3D微组织样品进行高通量的共聚焦高分辨率成像。再结合强大的Harmony分析软件,能够对细胞和亚细胞层面各种复杂的表型进行群体性统计分析研究。该系统在细胞生物学研究领域有着非常广泛的应用。

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Operetta CLS高内涵成像分析系统


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