研究人员已经开发出一种人体细胞“芯片膜”，可以持续监测药物和感染因子如何与我们的细胞相互作用，并可能很快被用于测试COVID-19的潜在候选药物。
来自剑桥大学、康奈尔大学和斯坦福大学的研究人员表示，他们的设备可以模拟任何类型的细胞——细菌、人类，甚至植物坚硬的细胞壁。他们最近的研究重点是COVID-19如何攻击人体细胞膜，更重要的是如何阻止它。
该装置已在芯片上形成，同时保留了细胞膜的方向和功能，并已成功用于监测离子通道的活性，离子通道是人类细胞中的一类蛋白质，超过60%的已批准的药物以其为目标。研究结果发表在最近的两篇论文上，分别是Langmuir和ACS Nano。
细胞膜在生物信号传输中扮演着核心角色，控制着从疼痛缓解到病毒感染的一切，充当着细胞与外部世界之间的看门人。该团队着手制造一种传感器，它能保留细胞膜的所有关键方面——结构、流动性和对离子运动的控制——而无需维持细胞存活所需的耗时步骤。
该设备使用电子芯片来测量从细胞中提取的覆盖膜的任何变化，使科学家能够安全且容易地了解细胞如何与外界相互作用。
该设备集成了细胞膜、导电聚合物电极和晶体管。为了制造芯片上的膜，康奈尔大学的研究小组首先优化了从活细胞中生产膜的工艺，然后与剑桥大学的研究小组合作，以一种保留其全部功能的方式将活细胞诱导到聚合物电极上。水合导电聚合物为细胞膜提供了一个更“自然”的环境，并允许对细胞膜功能的强大监测。
斯坦福大学的研究小组优化了聚合物电极来监测细胞膜的变化。该设备不再依赖活细胞，这些活细胞通常在技术上具有挑战性，需要极大的关注，测量可以持续很长一段时间。
“因为从人体细胞产生的膜,就像拥有一个活检的细胞的表面,我们所有在场的材料,包括蛋白质和脂质,但利用活细胞的挑战,”苏珊博士说丹尼尔,康奈尔大学化学和生物分子工程学副教授和朗缪尔文章的资深作者。
剑桥大学化学工程和生物技术系的Roisin Owens博士是ACS纳米论文的资深作者，他说:“这种类型的筛选通常是由制药工业用活细胞进行的，但是我们的设备提供了一种更容易的选择。”“这种方法与高通量筛选兼容，将减少进入研发管道的假阳性数量。”
同样来自剑桥的安娜-玛丽亚·帕帕博士是两篇论文的联合第一作者，她说:“这种装置可以像人类细胞一样小，而且很容易制成阵列，这使得我们可以同时进行多次测量。”
迄今为止，这项由美国国防研究计划局(DARPA)资助的研究的目的是证明流感等病毒如何与细胞相互作用。现在，DARPA提供了额外的资金，以测试该设备在安全有效地筛选COVID-19潜在候选药物方面的有效性。
考虑到SARS-CoV-2(导致COVID-19的病毒)研究人员面临的重大风险，参与该项目的科学家将专注于制造病毒膜，并将其与芯片融合。病毒膜与SARS-CoV-2膜相同，但不包含病毒核酸。通过这种方法，可以识别用于中和病毒突刺的新药或抗体，这些病毒突刺用于进入宿主细胞。这项工作预计将于8月1日开始。
“有了这个装置，我们就不用暴露在对抗SARS-CoV-2的危险工作环境中。该设备将加速候选药物的筛选，并为这种病毒如何工作提供答案。”
未来的工作将集中在扩大斯坦福大学设备的产量，以及利用斯坦福大学PI Juan Santiago在流体学方面的专业知识，实现薄膜与芯片的自动化集成。
“这个项目融合了来自英国、加利福尼亚和纽约的实验室的想法和概念，并展示了在这三个地点可重复工作的设备。”这是将生物学和材料科学结合起来解决全球问题的一个很好的例子。
