把培养液中的两种蛋白接入连续检测
美国特拉萨基生物医学创新研究所(Terasaki Institute for Biomedical Innovation)与得克萨斯大学圣安东尼奥分校(The University of Texas at San Antonio)研究者把肝芯片和光子晶体全内反射传感器接在同一微流控系统中。芯片中央的胶原基质中培养 HepG2 人源肝癌细胞,两侧流路输送培养液;流出液随后进入光学传感器,分别检测白蛋白和谷胱甘肽 S-转移酶 α(GST-α)。
白蛋白反映这一模型的蛋白分泌,GST-α 用于观察细胞损伤。研究者先在未加药条件下检查 HepG2 的活性及白蛋白分泌,再用含不同浓度蛋白的培养液标定传感器。连续光学读数与 24 小时后的细胞活性和酶联免疫检测相互对照,区分在线信号与终点检测。
光学传感器在培养液中对白蛋白和 GST-α 均建立了浓度响应曲线。原文报告平均检测响应时间分别约为 277 秒和 209 秒;这是传感器识别已到达检测表面的蛋白所需时间,不等同于肝细胞受到药物后产生生物学变化的时间。

20 μM 阿霉素组出现更明显的损伤信号
研究以阿霉素(doxorubicin)作药物测试。处理 24 小时后,未加药组细胞存活率为 97.6±0.54%,5 μM 和 20 μM 组分别为 84.8±4.0% 和 76.4±4.6%。作为终点检测,20 μM 组培养液 GST-α 为 4.54 ng/mL,高于未加药组,差异有统计学意义;5 μM 组的 GST-α 变化未达到显著。
与这些终点结果相比,串联的光学传感器能够在药物处理过程中持续读取流出液。20 μM 阿霉素组 GST-α 信号相较未处理组升高,研究报告显著差异约从处理后 160 分钟出现并维持到 6 小时;5 μM 组与对照没有显著差异。
白蛋白的变化则依赖检测时段。24 小时终点测量未显示阿霉素处理使白蛋白分泌发生显著改变;在线传感器在前 6 小时观察到 20 μM 组白蛋白信号升高。两个读数对应不同时间窗口,因此需要分别报告,不能用单一终点概括全过程。
连续读数仍受基质扩散和流路距离影响
研究者指出,培养液中的白蛋白首次在线检出约在 40 分钟后,GST-α 的检出更晚。胶原基质内的扩散、细胞培养室到传感器的距离以及流速,都会影响蛋白到达检测位置的时间;药物进入胶原基质的速度也可能改变细胞出现反应的时点。
这项研究提供的是一个 HepG2 细胞系、一个药物及两种分泌蛋白的概念验证。其增量在于把药物处理期间的分泌变化与终点存活率并列观察,让短时间出现而后改变的信号有机会被看到。若扩展为跨药物肝毒性评价,还需检验其他细胞来源、药物类别以及芯片和传感器之间的传输延迟。