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由多伦多大学莱斯利·丹药学院科学家领衔的全球研究团队验证了一套低成本便携式生物技术工具的有效性，这类工具旨在提升资源匮乏地区开展实验室研究与诊断工作的可及性。
这项最新发布的研究阐明了去中心化生物制造工具与冻干试剂如何帮助研究人员在本地生产高价值生物材料，从而降低对脆弱的国际供应链的依赖，在全球范围内扩大生命科学创新的可及性。
“对于中低收入国家（LMIC）的实验室而言，获取高质量耗材与设备是长期存在的难题。”研究负责人、莱斯利·丹药学院副教授基思·帕迪（Keith Pardee）博士表示，“运输周期长、成本高，且产品通常需要冷链维持活性。本研究正是为了应对这些挑战，为资源匮乏地区的实验室开发更易获取的工具，提升研究公平性。”
帕迪与合作者（包括波哥大洛斯安第斯大学的卡米拉·冈萨雷斯（Camila González）博士、圣地亚哥千年综合生物学研究所（iBio）的费尔南·费德里奇（Fernán Federici）博士、累西腓奥斯瓦尔多·克鲁兹基金会（Fiocruz）阿盖乌·马加良斯研究所（IAM）的林多马尔·佩尼亚（Lindomar Pena）博士）将该研究发表在《科学·进展》（Science Advances）上。在题为《分布式无细胞蛋白质生物制造的国际多地点落地以推动健康与研究公平》的论文中，作者总结道：“本研究为中低收入国家与发展中国家生物技术生产模式的根本性变革奠定了基础，推动其从依赖集中式、外包生产设施，转向采用去中心化的本地生产平台。”
作者写道：“新兴生物技术具备强化经济与健康安全、同时造福地球的变革性潜力。”但他们也指出：“分子诊断、救命治疗手段、生物制造基础设施等先进工具的可及性仍高度集中在富裕地区，导致最有需求的群体难以获取这些变革性解决方案。”
核心限制因素之一是对集中式生物生产系统的依赖，“这类系统需要复杂的高成本基础设施与冷链，而资源匮乏地区通常不具备这类条件”。医疗可及性同样受生物制造能力与生物物流可用性的影响，这会延缓诊断试剂交付、推迟疾病防控项目进度，同时限制生命科学研究的开展能力。
本研究中，研究团队聚焦合成生物学与无细胞系统——这类技术可将生命科学研究中常用的蛋白质生产所需的分子元件分离后冻干。由于试剂经过冻干处理，运输与存储无需冷藏，仅需加水即可重新激活。研究人员表示：“无细胞蛋白质合成（CFPS）是提升可及性的一个极具前景的方向，它能够通过低成本、低负担的现场生产关键生物试剂、诊断工具与治疗药物，为相关群体赋能。”
他们将这类系统与低成本适配性硬件搭配使用，包括莱斯利·丹药学院博士后穆罕默德·西姆奇（Mohammad Simchi）博士开发的3D打印手动离心机。结合使用这些技术，研究团队可在不同场景下生产一系列研究用蛋白质与诊断工具，覆盖常规实验室到偏远野外地点。
研究人员指出：“配备这类高效低成本系统后，可在一天内现场快速生产研究用高价值生物产品，包括生长因子、疫苗与诊断用酶，且成本仅为常规成本的一小部分。”
利用该平台，研究人员成功生产了生命科学研究与治疗中使用的生长因子、在小鼠中完成测试的新型冠状病毒候选疫苗，以及针对多种临床相关病原体的诊断工具。通过分子检测、细胞水平检测、动物模型实验与临床样本检测，这些生物产品已通过概念验证研究与多地点临床试验的验证。研究者进一步指出：“与当前金标准的高成本商用试剂直接对比显示，二者的性能、效率、精准度与可重复性相当。”
论文第一作者、帕迪实验室博士后塞韦里诺·杰斐逊·里贝罗·达席尔瓦（Severino Jefferson Ribeiro da Silva）博士表示：“我们的研究表明，几乎可以在任何地点现场生产高价值生物试剂。通过这项工作，我们在全球不同场景下验证了工具的性能，其表现与商用产品相当。”
作者表示，据他们所知，本研究首次将无细胞生物制造从实验室转化为真实场景应用，覆盖多个地理区域，包括历史上参与生物经济程度较低的地区。“通过优先关注可及性、可负担性与可重复性，我们证明无细胞生物制造是一种变革性工具，可扩大全球研究能力，最终提升健康公平性与生物经济参与度。”
该项目的核心环节之一是在加拿大及全球多个环境中测试这套系统。达席尔瓦前往阿尔冈昆高地评估蜱传病原体与结核病的诊断工具，研究生奎因·马修斯（Quinn Matthews）前往育空地区，在怀特霍斯郊外的山上利用这套便携式系统生产并纯化蛋白质。
智利、巴西、哥伦比亚与印度的合作者也对系统进行了测试，确保这类技术能够应对不同地区研究人员面临的实际问题。该项目涉及广泛的国际合作，包括参与团队间的定期会议、学生交流与知识共享。
达席尔瓦表示，研究团队亲身体验了其合作者日常面临的诸多物流挑战，包括漫长的海关延误、装有关键试剂的货物破损等。
“这些经历凸显了许多研究人员与实验室对脆弱国际供应链的依赖程度有多高。如果一批货物延误，整个项目都可能停滞。”达席尔瓦称，“这项工作能够让研究人员在需求点直接本地生产关键蛋白质，从而降低这种依赖。”
研究人员表示，长期目标是帮助偏远与服务不足地区的研究实验室获取在本土附近生产的高质量诊断试剂、研究试剂与生物制造能力，增强应对未来供应链中断的韧性，同时提升其研究能力，满足当地医疗需求。“这类平台及同类颠覆性技术成本低、操作简便，我们认为它们属于新一代工具，将助力构建所有人群都能获取生物试剂、先进诊断手段与救命治疗药物的未来。”
达席尔瓦补充道：“这项工作的核心是可及性与科学赋权。全球许多实验室具备开展生命科学与应用科学研究的专业能力与想法，但它们在获取关键生物试剂与核心材料方面面临重大阻碍。去中心化生物制造有助于减少这些壁垒，在全球范围内提升研究与诊断的可及性。”
专业术语注释
- 无细胞蛋白质合成（CFPS）：无需活细胞即可体外合成目标蛋白的技术
- 冷链：维持生物试剂活性的低温运输存储体系
- 去中心化生物制造：分布式本地生产生物制品的模式，无需依赖集中工厂