西北大学 借助新的iVAX生物制造平台，医疗保健专业人员可以简单地向装有冻干疫苗成分的试管中加水
水引发化学反应，激活无细胞系统，将其转化为催化剂，在需要时随时随地制造有用的药物
信用:贾斯汀·穆尔 通过打开细胞膜，西北大学合成生物学家发现了一种新的方法，可以将蛋白质疫苗的产量提高五倍，从而显著扩大潜在救命药物的获取途径
今年2月，研究人员引入了一个新的生物制造平台，可以在护理点快速制造货架稳定的疫苗，确保它们不会因运输或储存错误而浪费
在新的研究中，该小组发现用细胞膜富集无细胞提取物——制造结合疫苗所需的成分——大大提高了其冻干平台的产量
这项工作为快速制造药物奠定了基础，以每天4万剂每升的价格(每剂约1美元)治疗不断上升的抗生素耐药性细菌和新病毒
按照这个速度，研究小组可以用一个1000升的反应器(大约相当于一个大花园垃圾袋的大小)每天产生4000万剂量，在不到一个月的时间里达到10亿剂量
领导这项研究的西北大学的迈克尔·朱厄特说:“当然，在新冠肺炎时代，我们都意识到能够在我们需要的时间和地点制造药物是多么重要。”
“这项工作将改变疫苗的生产方式，包括生物准备和大流行反应
" 这项研究将于4月21日发表在《自然通讯》杂志上
朱厄特是西北大学麦考密克工程学院的化学和生物工程教授，也是西北大学合成生物学中心的主任
杰维特实验室的研究生贾斯敏·赫什和凯瑟琳·沃菲尔是这篇论文的第一作者
新的制造平台——称为体外结合疫苗表达(IVax)——是由无细胞合成生物学实现的，在这个过程中，研究人员移除细胞的外壁(或膜)，并重新调整其内部机制。
然后，研究人员将这种重新利用的机器放入试管中，冷冻干燥
加水会引发化学反应，激活无细胞系统，使其成为催化剂，在需要时随时随地制造有用的药物
该平台可在六个月或更长时间内保持货架稳定，无需复杂的供应链和极度制冷，是远程或低资源环境下的强大工具
在以前的一项研究中，朱厄特的团队使用iVAX平台生产共轭疫苗来预防细菌感染
当时，他们重新利用大肠杆菌的分子机器，在一小时内制造一剂疫苗，每剂成本约为5美元
朱厄特说:“它仍然太贵，而且产量不够高。”
“我们设定了每剂达到1美元的目标，并在这里实现了这一目标
通过提高产量和降低成本，我们认为我们也许能够促进更多的救命药物的获得
" 朱厄特和他的团队发现，实现这一目标的关键在于细胞膜，而细胞膜在无细胞合成生物学中通常被丢弃
当膜破裂时，它会自然地重新组装成携带重要分子信息的小泡球形结构
研究人员对这些囊泡进行了表征，发现囊泡浓度的增加可用于制造蛋白质治疗药物的成分，如结合疫苗，其工作原理是将一种糖单位——病原体特有的糖单位——附着在载体蛋白质上
通过学习将这种蛋白质识别为外来物质，身体知道如何在再次遇到它时发动免疫反应来攻击它
然而，将这种糖附着在载体蛋白上是一个困难而复杂的过程
研究人员发现细胞膜含有能使糖更容易附着在蛋白质上的机制
通过用这种膜结合的机器富集疫苗提取物，研究人员显著增加了可用疫苗剂量的产量
“对于各种生物来说，将近30%的基因组被用来编码膜蛋白，”该研究的合著者Neha Kamat说，他是麦考密克大学生物医学工程的助理教授和细胞膜专家
“膜蛋白是生命中非常重要的一部分
通过学习如何有效利用膜蛋白，我们可以真正推进无细胞系统
"
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