細(xì)胞是具有生命的zui小生物體單位，它可以方便地提供一個窗口，供科學(xué)家對生命體內(nèi)外的過程作更廣泛的研究?；诩?xì)胞的分析技術(shù)（CBAs）已經(jīng)給藥物篩選帶來了希望。在克隆技術(shù)出現(xiàn)之前，科學(xué)家主要是通過試驗化合物的生理或病理生理效應(yīng)來發(fā)現(xiàn)新的藥物，而分子生物學(xué)和重組體DNA方法則允許針對特定的靶分子進(jìn)行篩選，這在當(dāng)時成為了一大突破。CBAs的出現(xiàn)，使藥物的發(fā)掘又有了新的努力方向，藥物研發(fā)也展現(xiàn)出了新的振興曙光。

　　Threshoer制藥公司的CharlesHart博士認(rèn)為，靶標(biāo)確認(rèn)的挑戰(zhàn)，以及通過多標(biāo)記對多種藥物進(jìn)行篩選的鑒定，使人們轉(zhuǎn)向了以細(xì)胞表型為基礎(chǔ)的篩選分析技術(shù)。例如，今天篩選新骨質(zhì)疏松癥治療藥劑的過程，就是直接對破骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞或兩者的試驗來進(jìn)行，而不再分析離析出的雌激素、降鈣素或甲狀旁腺素受體。

　　Threshoer制藥公司使用CBAs篩選候選藥物并且探查藥物的藥理學(xué)機理。公司的一個癌癥藥物研究項目利用了低氧細(xì)胞模擬癌癥復(fù)發(fā)過程。另一個項目則是研究良性細(xì)胞的繁殖（如良性前列腺增生肥大）。在相應(yīng)分析過程中，研究人員通常要選用幾種不同類型的細(xì)胞去模擬生物組織的結(jié)構(gòu)和行為。

　　Hart博士利用熒光標(biāo)記、熒光讀數(shù)計和細(xì)胞計數(shù)器作為技術(shù)手段，研究代謝活性、分子生物標(biāo)記、細(xì)胞活力，細(xì)胞程序性死亡以及細(xì)胞周期。

　　CBAs為那些利用多參數(shù)分析系統(tǒng)研究復(fù)雜體系的藥物公司帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，分析系統(tǒng)采用的是多重?zé)晒馓结?。微體積細(xì)胞計量術(shù)和FACS（熒光激活細(xì)胞分選技術(shù)）相結(jié)合，可以對群體內(nèi)的單個細(xì)胞進(jìn)行表征。自動顯微鏡檢查法、圖像分析、高通量篩選是多參數(shù)技術(shù)的其他應(yīng)用實例。Threshoer制藥公司對FRET（熒光共振能量轉(zhuǎn)移）的新型應(yīng)用領(lǐng)域也很感興趣，因為它允許對蛋白質(zhì)—蛋白質(zhì)的相互作用過程進(jìn)行空間分辨和鑒定。

　　“這些技術(shù)使我們能夠研究生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、生物學(xué)等諸學(xué)科間的邊緣領(lǐng)域的有關(guān)課題，”Harf博士指出，“大分子復(fù)合體就屬此類，如復(fù)制體、轉(zhuǎn)錄體、炎性體（inflammasome）和氧化還原體。此水平的生物學(xué)確實是新領(lǐng)域之一，而基于細(xì)胞水平的多參數(shù)熒光分析則是深入理解這些內(nèi)容的一個主要途徑。”

　　熒光：偉大的標(biāo)記能手

　　“熒光標(biāo)記技術(shù)和先進(jìn)的檢測方法大大推進(jìn)了CBAs的發(fā)展，”Guava技術(shù)公司試劑產(chǎn)品主任LawrenceLem博士說，“熒光所提供的靈敏度是比色測定所*的。”毋庸諱言，放射標(biāo)記法也極為靈敏。但是由于涉及到工作人員的安全問題，以及藥品處理和執(zhí)照（現(xiàn)在購取放射性材料已變得更加困難）等問題，而使放謝性同位素法喪失了魅力。

　　可以預(yù)言，人們對混合細(xì)胞分析的興趣必然會日益濃烈，因為它可以對生物組織、整個有機體或其他復(fù)雜體系提供合理近似結(jié)果，而同是又避開了飼養(yǎng)動物的麻煩?；旌霞?xì)胞分析是將兩個或更多個器官的細(xì)胞混合起來，同時監(jiān)測一個實驗條件對所有細(xì)胞的影響。例如，可以利用B細(xì)胞和T細(xì)胞混合體進(jìn)行免疫-調(diào)節(jié)藥物的實驗分析，一個癌癥化合物可以在正常的、癌性的和血管祖細(xì)胞中進(jìn)行試驗。

　　細(xì)胞計量術(shù)是混合細(xì)胞分析的手段之一。流式細(xì)胞計量術(shù)每秒鐘可分析數(shù)千個細(xì)胞，并可揀出稀有細(xì)胞。它可以取代消耗勞力較大的微量滴定分析方法。微量滴定法需要先進(jìn)行溶解和添加試劑，隨后再進(jìn)行ELISA或Western印跡分析，手續(xù)煩瑣。流式細(xì)胞計量術(shù)操作簡單，但目前不幸的是，由于流式細(xì)胞計量儀結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴，致使許多研究人員暫時還沒有機會采用這種技術(shù)。Guava聲稱要讓這類儀器更小型化，更簡單，方便易用，從而攻克阻礙研究人員使用流式細(xì)胞計量儀的壁壘。

　　通過細(xì)胞分析，科學(xué)家可以闡明分泌蛋白質(zhì)的產(chǎn)生、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞分裂等基礎(chǔ)生物學(xué)問題。BeckmanCoulter細(xì)胞分析業(yè)務(wù)BrendanYee認(rèn)為，在利用熒光方面檢測方法的改進(jìn)是近5年來CBAs中zui主要的進(jìn)展。“熒光已經(jīng)改變了人們分析細(xì)胞并且觀察細(xì)胞內(nèi)部發(fā)生狀況的方法。”在熒光檢測技術(shù)中，Yee更喜歡共聚焦顯微術(shù)和其他高通量技術(shù)。“下一步將是無標(biāo)記的細(xì)胞分析，不過還有很多難題須要解決，”他補充道。

　　探查微生物

　　當(dāng)Pei-WongShi10年前完成他的關(guān)于西尼羅病毒（WNV）博士論文并去耶魯大學(xué)作博士后工作的時候，他對自己的研究工作能否在實際的公共衛(wèi)生事業(yè)上得到什么應(yīng)用還是一無所知的。不過后來紐約州西尼羅病毒的突然蔓延使情況發(fā)生了急劇的變化。今天，在的紐約衛(wèi)生部Wadsworth中心，Shi博士正在主持一個NIH資助的科研項目，研究WNV的分子生物學(xué)和開發(fā)治療蚊子傳染的病毒性疾病的藥物。

　　Shi及其合作者用CBAs探究野生型和突變的WNV是如何進(jìn)攻并進(jìn)入細(xì)胞。因為他們了解WNV的基因序列（它是一個RNA病毒），所以他們能順利使用點核苷酸取代法制造人工病毒類似物。他們還把綠色熒光蛋白（GFP）或熒光素酶引進(jìn)基因組，從而對感染性和毒性提供快速的光學(xué)分析方法。

　　在Shi博士看來，這是一個藥物發(fā)現(xiàn)有效系統(tǒng)，他說：“因為我們只要對被感染細(xì)胞處理后所發(fā)出的光的量進(jìn)行簡單測量之后，我們就可以快速的篩選出表現(xiàn)出抗病毒活性的那些化合物。”在用實驗藥物對細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)之后，Shi將細(xì)胞溶解，然后查看綠色熒光蛋白或與熒光素酶活性，后者與病毒復(fù)制成正比。他們還開發(fā)出了半自動微孔板格式的分析方法。

　　致力于發(fā)現(xiàn)新的抗病毒藥物的研究人員曾一度需要進(jìn)行復(fù)雜的細(xì)胞感染分析，才能確定藥物治療能夠抑止病毒復(fù)制的程度。“采用原來的技術(shù)，每天試驗20種化合物就感覺很幸運了，”Shi指出，“而采用我們的方法，每星期能研究數(shù)千種化合物。”Shi的工作不僅使制藥業(yè)感興趣，而且還吸引了其他學(xué)術(shù)界，爭相與之合作進(jìn)行抗病毒藥物的研發(fā)。

　　應(yīng)用領(lǐng)域更廣

　　CBAs的應(yīng)用范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了生物學(xué)系統(tǒng)?？纤髮W(xué)的SylviaDaunert教授開始將CBAs用于環(huán)境科學(xué)研究。她早期的工作涉及用含有報道分子的基因工程微生物發(fā)光指示毒性金屬（砷、鎳、銅等）的存在。這一思路導(dǎo)致了若干的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明，其中*個發(fā)明是將發(fā)光細(xì)菌固定在光學(xué)纖維的頂端制成的環(huán)境生物傳感器。利用該平臺對關(guān)鍵水源（湖泊、河流）和工業(yè)區(qū)水可以進(jìn)行快速實時的遙控檢測。

　　Daunert的無毒大腸桿菌的堅韌性，使它能夠很好的應(yīng)用于包括指示紙在內(nèi)的其他一系列傳感器形式中。“它們是有良好耐寒性的細(xì)胞，”Daunert說“你可以將它們凍干并保持，你還可以用一種緩沖溶液使它們吸水?dāng)[脫脫水狀態(tài)，可以讓90%以上的細(xì)胞都能復(fù)活過來。”

　　報道分子一般是調(diào)節(jié)蛋白，在特定分析物存在下可以打開和關(guān)閉。Daunert安插上這些信號系統(tǒng)，用它們代替從細(xì)胞中抽吸毒素的天然防御系統(tǒng)蛋白。這樣一來，細(xì)胞便不再驅(qū)逐毒素，而是通過發(fā)光、化學(xué)發(fā)光或熒光向外界報告事態(tài)信息。她從此將研究方向轉(zhuǎn)移到利用微流體平臺的生物醫(yī)學(xué)細(xì)胞傳感的研究領(lǐng)域。在一項她比喻為個人立體照片的發(fā)明中，該裝置包括有一個轉(zhuǎn)動的微型帶槽溝的盤，在盤上固定有信號細(xì)胞和試劑。將一份水樣品放到盤中的池內(nèi)，水樣便迅速通過盤中的槽溝并通到放有100種分析物的傳感區(qū)域。這一裝量原先是由美國國家航空航天局（NASA）資助研制的，現(xiàn)在她的科研同事正試圖將其商品化。

　　現(xiàn)在正在進(jìn)行中的一個科研項目，利用了病原細(xì)菌把類似病原體募集到感染部位去的那種化學(xué)信號。Daunert設(shè)計了細(xì)胞傳感器，在信號分子存在下可以發(fā)光，因此可在胃腸感染的早期階段就指明出來。

　　廣闊的發(fā)展空間

　　越來越多對CBAs感興趣的生物學(xué)家愿意與Chih-MingHo博士那樣的工程師進(jìn)行合作，Ho博士是加州大學(xué)細(xì)胞模擬空間探索（CMISE）研究所的科研主管。該研究所17名教師和約60名研究生和博士后利用微米和納米技術(shù)擾動、檢測和驅(qū)使細(xì)胞轉(zhuǎn)化為所需要的表現(xiàn)型。例如，Ho博士的微芯片技術(shù)能以單堿基對的分辨率定量測定低豐度的RNA和DNA，CMISE其他的研究成果更讓人吃驚。

　　光衍射極限約為200nm，這是顯微技術(shù)長期以來未能克服的障礙：小于200nm的物體不能辨別。CMISE的科研人員ZhangXiang正在研究一種近場光學(xué)（波長比可見光短得多）能使小至60nm的物體成像。他相信，zui終會達(dá)到10nm的分辨率，相當(dāng)于一個大分子的大小。“你不妨回想一下，顯微鏡曾為生物學(xué)做出了巨大的貢獻(xiàn)，”Ho博士說，“而現(xiàn)在我們有了納米顯微鏡。”CMISE另一項技術(shù)是將一臺原子力顯微鏡（AFM）放在一個細(xì)胞上。旋轉(zhuǎn)的細(xì)胞驅(qū)動原子力顯微鏡，產(chǎn)生一個振動圖像，它在放大之后，通過一個擴(kuò)音器可發(fā)出能聽得到的聲音，可用來分析各種圖像。這項技術(shù)稱之為聲譜細(xì)胞學(xué)，可以用來分辨正常的和有病的細(xì)胞，并且能區(qū)分試驗細(xì)胞和對照細(xì)胞。

　　CMISE一項zui有趣的發(fā)明出自WuMing博士之手。他用一光束和軟件寫一個“movie”，當(dāng)和一個二維電泳力相聯(lián)結(jié)時，此創(chuàng)作便成了一個虛似的可以放置和移動細(xì)胞的微型機器。Ho博士說道：“做一個能完成同樣工作的微機要花費一個博士生5年長的時間，而我們用書寫軟件完成此項工作則只需要5分鐘。”