一种基于体外转录系统的药效测试用人工细胞及其构建方法和应用

本发明属于生物医药，具体涉及一种基于体外转录系统的药效测试用人工细胞及其构建方法和应用。

背景技术：

1、药物测试和评价是新药开发不可或缺的一部分，遵循从生化分析到细胞水平再到动物和人体内水平的递进原则，其中细胞水平和体内水平的检测不仅要测试药物的药理学作用还要测试药物进入靶细胞或病灶组织器官的活性。目前药物测试和评估方法在生化水平上，广泛使用的策略包括高效液相色谱(hplc)和毛细管电泳(ce)。在细胞水平和体内模型水平，药物敏感性测试方法如mtt比色法和atp生物发光技术(atp-tca)具有快速和简单的优点。患者来源的肿瘤异种移植物(pdx)模型非常类似于人体内的真实肿瘤环境，能够准确反映受试药物的药代动力学特征。此外，在动物和人类水平上也可以有效地评估药物的疗效和安全性。比如，将可植入的药物储库插入患者的肿瘤中，以空间和时间受控的方式控制不同药物或药物组合的释放。显然，严格的测试和评价过程已成为药物开发的重要基础。

2、然而随着技术的进步，更好的方案正在打破传统的药物测试和评估过程。比如在生化层面，人类智能的发展给药物的生化分析带来了新的技术手段。通过利用机器学习(machine learning，ml)和深度学习(deep learning，dl)，实现分子间对接和潜在药物筛选，大大提高了新药研发的效率，为降本增效提供了可能。在动物和人类层面，类器官的出现在一定程度上解决了动物和人类潜在的伦理问题。类器官不仅可以模拟人体内的肿瘤微环境，还可以模拟肿瘤随时间的异质性，从而更客观、准确地反映药物的疗效和安全性。尽管如此，现有的有机化合物具有高度可变性，缺乏保真度和可重复性。此外，类器官的培养成本高且耗时，并且它们只能模拟人体器官的一部分，特别是在脑组织中的应用受到限制。

3、人工细胞(artificial cells，acs)是指使用天然或合成材料设计和制造的类似生物细胞的结构。与活细胞相比，人工细胞在临床应用中表现出更多优势，包括靶向转运功能和可调特性，可以模拟活细胞的功能。此外，通过包装转录和翻译系统，acs目前正被用于检测临床相关生物标志物以及重金属和化学污染物。然而遗憾的是，还未有关于用人工细胞测试药物药效的报道，这无疑阻碍了人工细胞在新药开发中的应用。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于体外转录系统的药效测试用人工细胞，利用药物透过细胞膜的活性强弱及其无特异性嵌插、切断或交联双链dna模板的特性，使体外转录系统中核酶量降低，进而降低切割分子信标量，导致分子信标的荧光信号下降，从而评估药物的作用。

2、本发明提供了一种基于体外转录系统的药效测试用人工细胞，包括膜材和包裹在膜材中的反应试剂；

3、所述反应试剂包括锤头状核酶的双链dna或对应的dna正义链和dna反义链、t7rna聚合酶、包含锤头状核酶底物序列的分子信标、t7反应缓冲液和切割缓冲液；

4、所述包含底物序列的分子信标的一端标记荧光基团，另一端标记淬灭基团。

5、优选的，锤头状核酶的dna正义链的核苷酸序列如seq id no:1所示；

6、锤头状核酶的dna反义链的核苷酸序列如seq id no:2所示。

7、优选的，所述包含锤头状核酶底物序列的分子信标的核苷酸序列如seq id no:3所示。

8、优选的，所述反应试剂包括以下含量的组分：

9、10～1000nm锤头状核酶的dna正义链、10～1000nm锤头状核酶的dna反义链、1～10u t7 rna聚合酶、50～5000nm包含锤头状核酶底物序列的分子信标、1×t7反应缓冲液和1×切割缓冲液。

10、优选的，所述膜材包括脂质体和/或细胞膜。

11、优选的，所述细胞膜包括体细胞膜和/或肿瘤细胞膜。

12、优选的，所述肿瘤细胞膜的来源为以下至少一种：肺癌、乳腺癌、膀胱癌、宫颈癌、肝癌和胰腺癌。

13、本发明提供了一种药效测试试剂盒，包括所述基于体外转录系统的药效测试用人工细胞和ntps。

14、本发明提供了所述基于体外转录系统的药效测试用人工细胞或所述试剂盒在药物测试或评估中的应用。

15、优选的，所述药物包括抗肿瘤药物；

16、所述抗肿瘤药物包括以下至少一种：阿霉素、顺铂和博来霉素。

17、本发明提供了一种基于体外转录系统的药效测试用人工细胞，包括膜材和包裹在膜材中的反应试剂；所述反应试剂包括锤头状核酶的双链dna或对应的dna正义链和dna反义链、t7 rna聚合酶、包含锤头状核酶底物序列的分子信标、t7反应缓冲液和切割缓冲液；所述包含底物序列的分子信标的一端标记荧光基团，另一端标记淬灭基团。本发明开发了一种基于仿生细胞膜和原位合成生物学的人工细胞，用于评价不同药物的药效。考虑到在活细胞水平进行的功效测试受到病灶细胞中可能发生的意外事件的限制，建立的人工细胞可以弥补非活体实验和活体实验的不足。同时本发明通过整合药物第一反应的细胞膜，以及人工设计的可作为许多药物直接靶向的锤头状核酶的双链dna，所构建的人工细胞可以适用于不同浓度的药物测试，从而节省时间和操作成本。此外，本发明提供的人工细胞使用膜材包被人工合成的生物元件和在体外操作中易于控制反应底物和条件，这更加凸显出灵活性、便利性和多功能性的优点。实施例结果证明，本发明提供的人工细胞可准确反映不同浓度的抗肿瘤药物在体外条件下对不同种类的肿瘤细胞的透过情况，可通过一锅反应的荧光信号强弱判断药物进入细胞的含量，从而为药物发挥对应的药效提供了基础。

技术特征：

1.一种基于体外转录系统的药效测试用人工细胞，其特征在于，包括膜材和包裹在膜材中的反应试剂；

2.根据权利要求1所述基于体外转录系统的药效测试用人工细胞，其特征在于，锤头状核酶的dna正义链的核苷酸序列如seq id no:1所示；

3.根据权利要求1所述基于体外转录系统的药效测试用人工细胞，其特征在于，所述包含锤头状核酶底物序列的分子信标的核苷酸序列如seq id no:3所示。

4.根据权利要求1所述基于体外转录系统的药效测试用人工细胞，其特征在于，所述反应试剂包括以下含量的组分：

5.根据权利要求1～4中任意一项所述基于体外转录系统的药效测试用人工细胞，其特征在于，所述膜材包括脂质体和/或细胞膜。

6.根据权利要求5所述基于体外转录系统的药效测试用人工细胞，其特征在于，所述细胞膜包括体细胞膜和/或肿瘤细胞膜。

7.根据权利要求6所述基于体外转录系统的药效测试用人工细胞，其特征在于，所述肿瘤细胞膜的来源为以下至少一种：肺癌、乳腺癌、膀胱癌、宫颈癌、肝癌和胰腺癌。

8.一种药效测试试剂盒，其特征在于，包括权利要求1～7中任意一项所述基于体外转录系统的药效测试用人工细胞和ntps。

9.权利要求1～7中任意一项所述基于体外转录系统的药效测试用人工细胞或权利要求8所述试剂盒在药物测试或评估中的应用。

10.根据权利要求9所述应用，其特征在于，所述药物包括抗肿瘤药物；

技术总结
本发明提供了一种基于体外转录系统的药效测试用人工细胞及其构建方法和应用，属于生物医药技术领域。一种基于体外转录系统的药效测试用人工细胞，包括膜材和包裹在膜材中的反应试剂；所述反应试剂包括锤头状核酶的双链DNA或对应的DNA正义链和DNA反义链、T7RNA聚合酶、修饰荧光基团和淬灭基团同时含锤头状核酶底物序列的分子信标、T7反应缓冲液和切割缓冲液。本发明开发一种新型的耐药性人工细胞用于体外抗肿瘤药物的效能检测，能够直观分析各种抗肿瘤药物在作用癌细胞后，膜蛋白协同作用产生的耐药水平。

技术研发人员：陈桂芳,朱小立,冯畅,关朝阳,周智慧
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22