細胞代謝與藥物代謝是新藥篩選和研發(fā)的關鍵環(huán)節(jié)，在推動人類大健康發(fā)展進程中具有重要意義。通常情況下，細胞代謝和藥物篩選以傳統(tǒng)細胞培養(yǎng)測定研究為主，多為靜態(tài)培養(yǎng)條件，無法很好地模擬體內細胞動態(tài)微環(huán)境。微流控芯片－質譜聯(lián)用是近年發(fā)展起來的一種新型高通量分析技術。微流控芯片模塊可高度模擬細胞體內動態(tài)微環(huán)境，與質譜聯(lián)用可實時在線檢測樣品物質，具有高效、快速、簡便、樣品和試劑消耗低等特點，廣泛應用于細胞代謝和藥物代謝分析，有利于加速藥物篩選研發(fā)進程。

據麥姆斯咨詢報道，近期，來自清華大學等科研單位的研究人員，在《分析測試學報》期刊上發(fā)表綜述文章，總結了微流控芯片-質譜聯(lián)用技術及其在細胞代謝和藥物代謝方面的應用概況，并對目前存在的局限性進行了討論和展望，以期為微流控芯片-質譜聯(lián)用技術在新藥研發(fā)與細胞分析領域的發(fā)展提供參考。

微流控芯片-質譜聯(lián)用技術在細胞代謝研究中的應用

細胞代謝物的微流控芯片－質譜聯(lián)用分析技術，除接口外，最關鍵的是芯片功能設計，目前已有各種功能的芯片被研發(fā)。根據實驗目的不同，可靈活變化芯片表面修飾、連接電極、通道直徑、長度等相關參數，制備相應功能的芯片開展細胞代謝分析。

圖1 微流控芯片－質譜聯(lián)用用于細胞代謝分析：（A）微流控芯片耦合ESI-Q-TOF MS原理圖；（B）微流控芯片細胞培養(yǎng)-固相萃?。⊿PE）及在線電噴霧電離四極桿飛行時間質譜（ESI-Q-TOF MS）聯(lián)用示意圖；（C）微流控芯片細胞共培養(yǎng)耦合質譜聯(lián)用分析示意圖；（D）集成多通道微流控芯片-質譜用于細胞代謝研究示意圖及代謝物乳酸水平測定。

微流控芯片-質譜聯(lián)用技術在藥物代謝中的應用

藥物研發(fā)第一步，是明確藥物可吸收入體發(fā)揮作用，科學家們通常以藥物滲透性評價藥物吸收情況。微流控芯片－質譜聯(lián)用技術用于藥物研發(fā)，藥物滲透性評價是第一步。有研究人員研發(fā)了一款穩(wěn)定同位素標記輔助的微流控芯片電噴霧質譜平臺（圖2A），用于細胞代謝的定性和定量分析，結果證明芯片-ESI-MS系統(tǒng)可選擇性和定量分析細胞藥物吸收和代謝物，具有高的穩(wěn)定性、靈敏度和重復性。藥物吸收入體后，明確其實際作用成分是原形藥物或藥物代謝產物，仍然是新藥有效性、安全性研究的重點。研究人員研制了一種中空纖維雙層微流控芯片以制備體外腸－肝模型（圖2B），建立藥物經腸吸收于肝臟代謝功能，成功用于藥物的吸收和代謝研究，為體外細胞功能模型和藥物吸收、轉運和代謝提供了科學平臺。此外，有研究人員開展了一種流體分離輔助均質流壓微流控芯片-質譜聯(lián)用系統(tǒng)（圖2C），可實時檢測25-羥基維生素D3代謝產物24,25-二羥基維生素D3的表達水平，發(fā)現(xiàn)代謝產物在正常肝細胞和肝癌細胞中的含量有顯著差異。而通過集成微流控芯片－質譜聯(lián)用裝置，研究人員構建了腫瘤血管網絡模型和細胞共培養(yǎng)微環(huán)境（圖2D），研究了載藥納米粒子在腫瘤周圍血管生態(tài)位中的藥物傳遞與代謝分析。

圖2 微流控芯片－質譜聯(lián)用用于藥物代謝分析：（A）微流控芯片-ESI-MS藥物代謝分析原理圖；（B）微流控腸-肝模型示意圖；（C）流體分離輔助均質流壓芯片-SPE-MS系統(tǒng)；（D）模擬腫瘤微環(huán)境的微流控芯片-質譜聯(lián)用示意圖及其測定紫杉醇代謝物結果。

細胞代謝與藥物代謝的微流控芯片－質譜聯(lián)用分析中，芯片細胞培養(yǎng)從單個細胞、多細胞到器官芯片多個層次，開展了細胞自身代謝微環(huán)境、細胞與細胞之間代謝通訊、多功能器官芯片代謝及藥物作用機制等方面的研究。在現(xiàn)有研究中，以1種細胞或細胞共培養(yǎng)研究居多，針對單細胞代謝研究甚少。近年來，單個細胞分析逐漸成為人們研究細胞異質性及其所處微環(huán)境的焦點，微流控芯片單細胞質譜分析也逐漸應用到該領域。

圖3 微流控芯片－質譜聯(lián)用用于單細胞分析：（A）微孔陣列的微流控芯片結合MALDI-MS成像的單細胞磷脂質分析示意圖；（B）基于微流控芯片的單細胞原位提取質譜分析原理圖；（C）基于微流控芯片技術的微流體表面萃取器－質譜（MSE-MS）聯(lián)用示意圖；（D）在開放空間平臺上使用液滴按需噴墨打印技術和MALDI-MS對腫瘤細胞進行基于代謝的捕獲和分析的示意圖。

總體來看，經過20多年的發(fā)展，微流控芯片－質譜聯(lián)用技術已經成為細胞生物學研究的重器，廣泛應用于細胞代謝和藥物篩選（包括藥物吸收、轉運、代謝等）研究中，尤其是集細胞培養(yǎng)、樣品富集處理、質譜聯(lián)用一體化，實時動態(tài)監(jiān)測細胞與藥物代謝變化功能等諸多優(yōu)勢，受到廣大生命科學和醫(yī)藥科學研究工作者的青睞。