什么藥物能戰(zhàn)勝癌癥？什么樣的劑量可以達(dá)到預(yù)期療效，而且不會(huì)產(chǎn)生副作用？超過什么限度，有效藥物會(huì)產(chǎn)生毒性？今天，這些問題在用細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的系列實(shí)驗(yàn)中找到了答案，它們是醫(yī)學(xué)研究中最重要的方法之一。通過CYRIS®FLOX自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)室的工作變得更加簡(jiǎn)單。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，F(xiàn)AULHABER電機(jī)能確保在試驗(yàn)期間為培養(yǎng)液提供足夠的營(yíng)養(yǎng)和藥物，并對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)變化進(jìn)行密切監(jiān)測(cè)，這些都無(wú)需人工干預(yù)。

生命力的極限

拯救生命，治療疾病，緩解癥狀——先進(jìn)藥物造福人類。但我們還遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法為每種病提供藥物。此外，這次新冠疫情也讓我們深切感受到，新的疾病在不斷產(chǎn)生。因此，我們需要不斷研發(fā)新的藥物，最好是在臨床試驗(yàn)前就能確保這些藥物的療效和安全性，因?yàn)榕R床試驗(yàn)是至關(guān)重要的最后一個(gè)階段。藥品的療效主要是在人體細(xì)胞內(nèi)展開，因此很大程度上我們可以通過試驗(yàn)對(duì)其效果進(jìn)行判斷。也就是說(shuō)，我們可以通過細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)來(lái)取代普通的“試用”藥物。

“比如說(shuō)，我們可以檢測(cè)某種物質(zhì)在對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒性前達(dá)到的極限值，”德國(guó)INCYTOИ®公司生物技術(shù)研究員Márton Nagy解釋道，“這不僅適用于藥物，也適用于潛在的環(huán)境毒素等。我們含有細(xì)胞培養(yǎng)的營(yíng)養(yǎng)液中注入一定量的物質(zhì)，并觀察細(xì)胞的反應(yīng)。然后逐步增加該物質(zhì)的用量。

可提供信息的物理指標(biāo)

這些物理指標(biāo)會(huì)受到細(xì)胞新陳代謝的影響。例如，與已經(jīng)受到所引入藥物的（副作用）影響時(shí)的氧氣量相比，健康狀態(tài)下的細(xì)胞會(huì)消耗更多氧氣，pH值的表現(xiàn)也與此類似。因?yàn)榧?xì)胞的新陳代謝會(huì)產(chǎn)生酸性物質(zhì)，因此pH值通常會(huì)下降到酸性范圍內(nèi)。如果這種情況發(fā)生的程度降低，說(shuō)明新陳代謝受到了影響。偏差程度為藥物效果提供了一定啟示。另一方面，電阻（阻抗）會(huì)隨著細(xì)胞數(shù)量的增加而增加。因此，延遲的增量可顯示細(xì)胞受到的影響有多大。

到目前為止，完成這些實(shí)驗(yàn)需要大量的人工操作，這些步驟僅有部分可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。INCYTOИ®研制的全自動(dòng)CYRIS®FLOX 設(shè)備不僅可以在沒有人工干預(yù)的情況下進(jìn)行多天的測(cè)試，還能完整地記錄整個(gè)試驗(yàn)結(jié)果。

該試驗(yàn)裝置的中心有一個(gè)由透明材料制成的微孔板，板上有24個(gè)試驗(yàn)孔，細(xì)胞樣本就保存在這些微小的培養(yǎng)皿內(nèi)。機(jī)械臂上的24個(gè)移液器可以為小型培養(yǎng)物提供培養(yǎng)液，并注入需要測(cè)試的物質(zhì)。這樣一來(lái)，每個(gè)移液器可以選擇不同的溶液成分。每個(gè)試驗(yàn)孔都配備了能檢測(cè)氧含量、pH值和電阻值的傳感器。通過顯微鏡，可以規(guī)律地從試驗(yàn)孔的下側(cè)進(jìn)行拍照。

自動(dòng)化研發(fā)進(jìn)展

德國(guó)INCYTOИ®公司是一家擁有深厚學(xué)術(shù)背景的初創(chuàng)公司，該公司創(chuàng)始人曾經(jīng)在大學(xué)從事研究工作。最初，他們采用的是其它制造商生產(chǎn)的電機(jī)來(lái)制機(jī)，效果不甚理想。后來(lái)，F(xiàn)aulhaber緊湊型微驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)被證實(shí)更為適用。

在準(zhǔn)備投入量產(chǎn)前，他們制定了新目標(biāo)：“電機(jī)的類型需要盡可能的少，”研發(fā)經(jīng)理Matthias Moll在介紹最初的情況時(shí)說(shuō)道，“布線也需要更加簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)裝置需帶有內(nèi)置的控制器。因?yàn)樵诓捎肍aulhaber微驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之前，控制器都安裝在機(jī)械臂的控制裝置內(nèi)，這樣一來(lái)，移動(dòng)部件上增加了很多電纜接頭。”此外，電機(jī)需要有故障報(bào)告功能，比如出現(xiàn)過熱導(dǎo)致的機(jī)械故障。

Faulhaber提供的2232…BX4無(wú)刷伺服電機(jī)與CxD系列內(nèi)置運(yùn)動(dòng)控制器組合后，滿足了INCYTOИ®公司技術(shù)人員提出的這些新要求。此外，F(xiàn)aulhaber微驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率高，設(shè)計(jì)極為緊湊，重量輕，體積小，非常適合試驗(yàn)室應(yīng)用。

FAULHABER BX4 CXD直流無(wú)刷伺服單元

CYRIS®FLOX分析設(shè)備內(nèi)一共安裝了六臺(tái)電機(jī)，其中三臺(tái)可在三個(gè)軸上移動(dòng)機(jī)械臂上的移液頭，并將移液器精確地移到微孔板正上方，然后移到測(cè)試室正上方以排除溶液。第四臺(tái)電機(jī)則用于驅(qū)動(dòng)24個(gè)吸液活塞，并將200 μl的培養(yǎng)液輸送到無(wú)菌吸管內(nèi)。最后兩臺(tái)電機(jī)可在細(xì)胞樣本下方的XY滑臺(tái)上移動(dòng)顯微鏡。由于微孔板采用透明材質(zhì)，因此可以用顯微鏡從試驗(yàn)孔下方對(duì)樣本進(jìn)行拍照。

連續(xù)工作模式下的精度和可靠性

“為了之后能通過慢鏡頭觀察細(xì)胞變化，顯微鏡頭必須精確地移動(dòng)到試驗(yàn)孔下方的完全相同的位置，”Matthias Moll在解釋這一步驟的操作難度時(shí)說(shuō)道，“利用FAULHABER電機(jī)，我們可以將滑臺(tái)的定位精度控制在兩微米以內(nèi)。”我們可以做一個(gè)形象的比較：一根人類頭發(fā)的厚度為50至70微米之間。驅(qū)動(dòng)吸管頭活塞的電機(jī)也必須以非常高的精度運(yùn)行。只有當(dāng)液體的數(shù)量和規(guī)格完全一致時(shí)，才能獲得有效的測(cè)試結(jié)果。

在CYRIS®FLOX系統(tǒng)中，確保精度是一項(xiàng)持續(xù)任務(wù)，因此，對(duì)電機(jī)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，重復(fù)性至關(guān)重要。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間，需要在測(cè)試時(shí)間內(nèi)重復(fù)精確地進(jìn)行操作，而且間隔時(shí)間短，不能有偏差。“驅(qū)動(dòng)裝置在持續(xù)工作模式下必須保證最高的可靠性，”研發(fā)經(jīng)理強(qiáng)調(diào)道，“只有這樣我們才能延長(zhǎng)免人工干預(yù)時(shí)間。“利用CYRIS®FLOX設(shè)備，這個(gè)時(shí)間可以從幾分鐘延長(zhǎng)到若干小時(shí)，甚至幾天。我們高級(jí)科學(xué)家和試驗(yàn)室技術(shù)人員可以利用這些時(shí)間去做其它工作。試驗(yàn)操作效率的提高和運(yùn)營(yíng)成本的降低，也提高了設(shè)備的投資回報(bào)率。”