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中文摘要目的   构建粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF）Fc与小分子药物DXd偶联物（GM-DXd），并探究其靶向杀伤急性髓系白血病（acute myeloid leukemia，AML）细胞的治疗效果。方法   制备靶向GM-CSF受体（GM-CSF receptor，GMR）的GM-DXd，并通过还原性SDS-PAGE鉴定GM-DXd。采用蛋白质印迹检测GM-DXd的生物活性，流式细胞术检测AML细胞MV4-11、THP-1对GM-DXd的内化情况，细胞增殖-毒性检测和流式细胞术分别评价GM-DXd对GMR阳性AML细胞的活性抑制和凋亡诱导能力，蛋白质印迹检测诱导凋亡蛋白的表达。结果   制备的GM-DXd生物活性稳定，能成功被AML细胞内吞；与未给药组相比，GM-DXd抑制了AML细胞活性（对MV4-11和THP-1细胞的抑制中浓度分别为15.91和37.64 nmol/L）并促进AML细胞凋亡（20 nmol/L GM-DXd分别诱导~90%、~60%的MV4-11、THP-1细胞凋亡），细胞杀伤能力比DXd更强。结论   小分子偶联药物GM-DXd通过靶向GMR能够有效杀伤AML细胞，可以作为治疗AML的潜在药物。正文急性髓系白血病（acute myeloid leukemia，AML）是最常见的成年人急性白血病，其特征是造血干细胞和祖细胞不受控制地生长。AML的标准治疗方式是基于阿糖胞苷和蒽环类药物的化学治疗（化疗）诱导方案（7+3），虽然靶向治疗的出现为携带特定突变的AML患者提供了新的治疗方法，然而仍有60%~70%的患者在达到完全缓解后复发，需要更有效的疗法来实现更持久的缓解。生长因子及其受体的异常表达已被证明与几种恶性肿瘤有关，这些生长因子被认为是将细胞毒性有效载荷递送到肿瘤细胞的理想载体。其中，粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF）是参与造血细胞生长和分化的细胞因子，也可作为免疫调节剂。高亲和力的GM-CSF受体（GM-CSF receptor，GMR）是由CD116（α亚基）和CD131（β亚基）组成的异源二聚体，在早期造血干细胞上低表达而在大多数AML患者的原始干细胞表面高表达，被认为是AML靶向治疗的有吸引力的靶标。小分子细胞毒性药物喜树碱类似物DXd作为DNA拓扑异构酶Ⅰ抑制剂，通过GM-CSF与GMR结合被AML细胞内吞，可造成DNA损伤、引起细胞凋亡，最终通过靶向AML细胞延缓疾病进展。本研究将重组人GM-CSF（recombinant human GM-CSF，rhGM-CSF）Fc融合蛋白与DXd通过蛋白酶可裂解连接子马来酰亚胺-己酰基-缬氨酸-瓜氨酸-对氨基苯甲酸酯（maleimidocaproyl-valine-citrulline-p-aminobenzyl alcohol，MC-VC-PABC）连接，构建靶向GMR的小分子药物偶联物GM-DXd，以期为AML的治疗提供候选策略。1材料与方法1.1试剂和仪器AML细胞系MV4-11、THP-1由中山大学附属第七医院科研中心爱德蒙·菲舍尔转化医学研究实验室冻存并提供；RPMI-1640和IMDM培养基、胎牛血清均购自美国Hyclone公司；rhGM-CSF-Fc融合蛋白购自北京义翘神州科技股份有限公司；偶联MC-VC-PABC的DXd（MC-VC-PAB-DXd）购自美国Med Chem Express公司；牛血清白蛋白（bovine serum albumin，BSA）、三（2-甲酰乙基）膦盐酸盐〔tris（2-carboxyethyl）phosphine hydrochloride，TCEP〕购自生工（上海）生物工程股份有限公司；蛋白上样缓冲液、SDS-PAGE凝胶配置试剂盒、化学发光试剂盒均购自上海雅酶生物医药科技有限公司；聚偏二氟乙烯（polyvinylidene fluoride，PVDF）膜、10 KD离心式过滤器购自德国Merck公司；别藻蓝蛋白（allophycocyanin，APC）标记的小鼠抗人CD116流式抗体、纯化的小鼠抗人CD131抗体、Alexa Fluor® 647抗鼠IgG1抗体、APC标记的小鼠抗人膜联蛋白V抗体和碘化吡啶（propidium iodide，PI）染料均购自美国Biolegend公司；抗胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）、磷酸化ERK（phosphorylated ERK，p-ERK）（Thr202/Tyr204）、Akt激酶（Akt kinase，AKT）、磷酸化AKT（phosphorylated AKT，p-AKT）（Ser473）和β肌动蛋白的一抗购自美国Cell Signaling Technology公司；细胞活性检测试剂盒（cell counting kit 8，CCK-8）、二喹啉甲酸法（bicinchoninic acid assay，BCA）蛋白定量试剂盒购自北京索莱宝科技有限公司。Beckman CytoFlex流式细胞仪购自贝克曼库尔特商贸（中国）有限公司；BSC-1300A2生物安全柜购自广州科凯特净化设备科技有限公司；ChemiDoc MP成像系统购自美国BioRad公司；SynergyTMH1全自动多功能酶标仪购自美国BioTek公司。1.2小分子药物偶联物GM-DXd的制备参照Li等构建抗体偶联药物的方法，rhGM-CSF-Fc经TCEP和EDTA在37 ℃下还原打开4个链间二硫键以暴露半胱氨酸残基，随后在冰浴条件下与16eq的MC-VC-PAB-DXd偶联，后经10 KD过滤器纯化。纯化药物的具体步骤为：首先用蒸馏水冲洗，随后依次用PBS和含1 mol/L NaCl的PBS洗去未结合的MC-VC-PAB-DXd，最后将GM-DXd交换至PBS中。药物于-20 ℃保存。1.3药物偶联效果的考马斯亮蓝染色检测取rhGM-CSF-Fc、GM-DXd和经TCEP还原的rhGM-CSF-Fc，加入蛋白上样缓冲液，金属浴95 ℃加热样品5 min。各取1份蛋白样品按每孔蛋白总量5 μg进行SDS-PAGE，电泳结束后用考马斯亮蓝染液染色30 min。染色完成后，用洗脱液洗去多余染液后，用Bio-Rad凝胶成像分析系统采集图像。1.4GM-DXd生物活性的检测针对GMR下游信号通路激活的检测，取2×106 mL-1 MV4-11、THP-1细胞置于6孔细胞培养板中，分别加入rhGM-CSF-Fc、GM-DXd，浓度为5 nmol/L，以加等量体积PBS为空白对照，37 ℃培养箱孵育30 min，收集细胞提取总蛋白。将等量的总蛋白在10%凝胶中进行SDS-PAGE，然后转移到PVDF膜上进行蛋白质印迹分析，用抗p-ERK（Thr202/Tyr204）、ERK、p-AKT（Ser473）、AKT和β肌动蛋白抗体进行印迹分析。1.5GMR阳性AML细胞内吞GM-DXd的流式细胞术检测分别取1×105 mL-1 MV4-11、THP-1细胞置于24孔细胞培养板中，分别加入等量阴性对照PBS、10 nmol/L rhGM-CSF-Fc、GM-DXd，37 ℃培养45 min后，收集细胞，用预冷洗涤缓冲液洗涤2次，并在冰上用APC偶联的小鼠抗人CD116抗体或纯化的小鼠抗人CD131抗体孵育30 min。用预冷洗涤缓冲液洗涤后，对于CD131孵育组，用Alexa Fluor® 647抗鼠IgG1抗体进行染色30 min，随后用洗涤液进行充分洗涤。用流式细胞仪分析细胞表面GMR的表达量。1.6GM-DXd对AML细胞体外杀伤活性的细胞活力检测取3×104 mL-1 MV4-11、THP-1细胞置于96孔板中，用相应细胞完全培养基稀释GM-DXd至一定浓度，加至96孔板中，总体积为100 μL，随后置于37 ℃、5% CO2细胞培养箱中培养48 h。按照试剂说明书加入相应CCK-8试剂，37 ℃孵育1 h，使用酶标仪测定450 nm处的吸光度（A）值。实验重复3次，取均值。按下列公式计算细胞增殖活性：1.7GM-DXd对AML细胞凋亡影响的检测将1×106 mL-1 MV4-11、THP-1细胞接种于12孔细胞培养板中，加入不同浓度的GM-DXd或DXd（10、20 nmol/L）处理48 h。弃去培养基，预冷PBS洗涤细胞2次，加入膜联蛋白V 4 μL混匀，避光孵育15 min；加入1.5 μL PI混匀，随后进行流式细胞仪检测并分析结果。采用蛋白质印迹法检测药物处理后细胞凋亡蛋白的表达。提取GM-DXd、DXd处理和未给药MV4-11、THP-1细胞总蛋白，使用BCA试剂盒测定蛋白浓度。取25 μg蛋白经10% SDS-PAGE分离后，湿转至PVDF膜上，用含5% BSA的吐温20-三羟甲基氨基甲烷缓冲液〔tris（hydroxymethyl）aminomethane buffered saline with Tween-20，TBST〕在室温下进行封闭后加入抗多腺苷二磷酸核糖聚合酶〔poly（ADP-ribose）polymerase，PARP〕、切割胱天蛋白酶3（cysteine aspartic acid specific protease 3，Cas-3）、β肌动蛋白抗体，在4 ℃摇床孵育过夜。用TBST洗去未结合抗体，加入辣根过氧化物酶标记的山羊抗兔二抗，室温摇床孵育1 h，TBST洗去未结合抗体，使用Bio-Rad化学发光成像仪采集信号，分析细胞凋亡蛋白表达水平。1.8统计学分析使用GraphPad Prism 8软件进行统计分析。实验均独立重复3次，数据以均值±标准差表示。采用独立样本t检验比较2个样本均值，采用方差分析比较多个样本均值。P<0.05为差异有统计学意义。2结果2.1GM-DXd的制备和偶联检测用TCEP将rhGM-CSF-Fc还原，使半胱氨酸残基充分暴露，随后在冰浴条件下与16eq的MC-VC-PAB-DXd偶联。用还原性SDS-PAGE分离rhGM-CSF-Fc、TCEP还原的rhGM-CSF-Fc及GM-DXd后，用考马斯亮蓝染色验证偶联是否成功。由图1可见，TCEP将rhGM-CSF-Fc充分还原，电泳中为表观相对分子量48 000~55 000的单一条带；最终反应产物GM-DXd为混合物，分子量略高于还原的rhGM-CSF-Fc，且条带中未出现杂蛋白，说明该反应条件下rhGM-CSF-Fc未发生变性降解。结果表明，非特异性结合可导致结合不同量MC-VC-PAB-DXd的GM-DXd产生。2.2GM-DXd生物活性的检测蛋白质印迹检测rhGM-CSF-Fc或GM-DXd处理的AML细胞中GMR的下游信号通路传导蛋白AKT、ERK的磷酸化显示，rhGM-CSF-Fc、GM-DXd处理均增加了MV4-11和THP-1细胞中p-AKT、p-ERK的磷酸化水平（图2A），表明GM-DXd保留了GM-CSF的生物活性。由于细胞表面GMR的表达量与药物的快速内化有关，因此采用流式细胞术分别检测rhGM-CSF-Fc、GM-DXd处理后MV4-11、THP-1细胞表面的GMR，以判断GM-DXd是否被细胞内化。结果显示，与未处理组相比，rhGM-CSF-Fc、GM-DXd处理组的MV4-11和THP-1细胞表面的GMR荧光信号均减弱，且平均荧光强度值降低差异均无统计学意义（MV4-11：t=0.50，P=0.500；THP-1：t=0.21，P=1.000），表明GM-DXd能被MV4-11及THP-1细胞内化，MC-VC-PAB-DXd未影响rhGM-CSF-Fc的内化能力（图2B）。2.3GM-DXd对AML细胞的体外特异性杀伤分别用0.1、1.0、10.0、100.0、200.0 nmol/L的GM-DXd或DXd处理MV4-11和THP-1细胞系48 h，随后用CCK-8检测细胞活力。结果显示，与未处理组相比，GM-DXd处理组的细胞活性均降低；与DXd（图3A）相比较，GM-DXd（图3B）在相等剂量下对MV4-11、THP-1细胞活性抑制能力更强并呈浓度依赖性。通过量效曲线计算，GM-DXd对MV-4-11和THP-1细胞的抑制中浓度分别为15.91和37.64 nmol/L。2.4GM-DXd体外诱导的AML细胞凋亡使用流式细胞术检测药物诱导AML细胞凋亡能力，检测结果（图4A）表明，与对照组相比，20 nmol/L GM-DXd处理组中MV4-11细胞约90%被诱导凋亡，THP-1细胞约60%凋亡。提取药物处理后的MV4-11、THP-1细胞总蛋白，用蛋白质印迹分析细胞凋亡蛋白切割Cas-3和PARP的表达水平，结果显示，经GM-DXd处理后，2种细胞内切割Cas-3和PARP的表达量均升高（图4B）。3讨论AML是1种异质性恶性肿瘤，其特征为造血干细胞过度增殖及其分化停滞，导致骨髓和血液中成髓细胞不受控制地积蓄。虽然诱导和巩固化疗可使大多数AML患者得到完全缓解，但超过50%的患者最终死于复发，5年总生存率下降到30%~40%。近年来，靶向药物的应用开启了AML靶向治疗的大门，为AML的治疗带来巨大的进步。特别是西妥珠单抗和受体酪氨酸激酶抑制剂的出现极大地改善了难治性AML患者的生存率及预后。但是，靶向治疗药物耐药、联合化疗毒性的叠加、缺乏有效靶点等问题的不断出现，为AML的治疗选择提出了新的挑战。提高AML患者生存率及预后的方法之一是通过效应分子与AML细胞表面特异性过表达的分子结合，将不具有选择性的高效细胞毒药物带至AML细胞以达到特异性杀伤肿瘤细胞的作用。此类药物治疗AML的重要考虑因素是靶标的选择。目前被FDA批准的可用于治疗AML的此类药物均靶向CD33。尽管CD33在AML细胞中广泛表达，但研究表明它在正常造血干细胞中同样表达，这就意味着多种造血谱系细胞可能因这类药物的使用同时减少而导致靶向CD33药物的临床效益受到限制。CD123是目前处于AML治疗临床试验的另1个靶点，它在正常造血干细胞上的表达可引起与CD33类似的靶向非肿瘤细胞问题。本研究选择了GMR作为目标。既往研究已经证明该靶点在人早期造血干细胞中低表达，而在AML的原始造血干细胞中则是高表达。靶向GMR虽然仍会导致骨髓细胞耗竭，但不会损害患者正常造血功能或诱导持续的血小板减少。总而言之，靶向该分子具有一定的安全性。GMR在AML细胞中高表达这一特点保证了该药物开发的可能性。在过去的几十年中，已经有许多靶向GMR的融合蛋白的研究，如Perentesis等证明，与细菌毒素白喉毒素融合的GM-CSF配体可通过激活凋亡途径消除化疗耐药的AML细胞系和AML患者肿瘤细胞；Kreitman和Pastan证明，假单胞菌外毒素融合的GM-CSF配体作为效应分子，对化疗耐药的AML患者祖细胞具有细胞毒性，而对正常细胞则无细胞毒性。由于既往针对靶向这一靶标的细菌或植物毒素融合蛋白的开发均由于其不可避免的免疫原性而以失败告终，因此进一步开发用于靶向AML的非免疫原性和高度特异性的细胞毒素具有极大意义。细胞凋亡或程序性死亡在组织内环境稳定中发挥着重要作用。AML细胞已被证明存在失调的凋亡机制，这促进了AML耐药性的产生。本研究选取喜树碱类似物DXd作为GM-CSF偶联的小分子细胞毒药物。DXd已被证实可以诱导DNA损伤并导致肿瘤细胞凋亡，比喜树碱效力更强且骨髓毒性更低。与常用的微管抑制剂不同，DXd不仅针对分裂旺盛的细胞也对处于静止期的细胞具有杀伤作用，这意味着该药可能对AML中的静止期造血干细胞也具有一定的杀伤能力。使用DXd的强效靶向GMR的药物偶联物可以延缓或消除由于静止期造血干细胞再次激活而导致的AML复发。而对于GM-CSF与DXd之间的连接子，本研究选择了可被蛋白酶切割的MC-VC-PABC连接子。该连接子作为抗体偶联药物中最常用的可裂解连接子，具有很好的血浆稳定性。此外，该连接子还引入了1个自降解间隔子，使其更易暴露在蛋白酶环境下而不影响其稳定性。MC-VC-PAB-DXd的缀连会改变rhGM-CSF-Fc的构象结构，可能影响rhGM-CSF-Fc的生物活性，从而阻碍rhGM-CSF-Fc对GMR的内化诱导能力。本研究证明，小分子药物偶联物GM-DXd能够快速地被GMR阳性AML细胞内化，并发挥细胞毒性作用。用不同浓度的GM-DXd、DXd处理2种AML细胞系，并在48 h检测细胞活性，结果证实GM-DXd较单药DXd的细胞毒作用更强。流式细胞术检测GM-DXd处理后细胞的凋亡情况表明，GM-DXd诱导的DNA损伤足以引发AML细胞的凋亡。目前开发的针对GMR的与细菌或植物毒素嵌合的蛋白均显示出高效力，抑制中浓度在皮摩尔范围内。然而，这种融合结构的毒素部分会不可避免地引发免疫原性。本研究中描述的GM-DXd与既往的细菌或植物毒素嵌合的蛋白相比，虽然效力较低，但预计是非免疫原性的。DXd是相对分子质量为493.48的低分子量化合物，这类低分子量化合物被认为不足以诱导机体免疫应答。为了进一步验证这类药物在AML靶向治疗中的作用，未来在动物模型中进行体内研究是必不可少的。总之，本研究开发了新型的小分子药物偶联物GM-DXd，对AML细胞具有选择性细胞毒性。该药物通过激活细胞内凋亡内在通路诱导AML细胞凋亡。数据表明，它有可能成为治疗AML的有效方法，并解决当前治疗AML的一些局限性。作者肖艳  张登央  郭瑶  余柳婷  陈纯  薛红漫  陈韵中山大学附属第七医院（深圳）， 儿童血液肿瘤专科，儿童血液病实验室，深圳 518107通信作者：陈韵，Email：cheny653@mail.sysu.edu.cn引用本文：肖艳, 张登央, 郭瑶, 等. 新型小分子药物偶联物GM-DXd的制备及抗急性髓系白血病细胞活性 [J]. 国际生物制品学杂志, 2025, 48(2): 75-81.  DOI: 10.3760/cma.j.cn311962-20241224-00091识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入生物制品微信群！请注明：姓名+研究方向！版权声明本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观不本站。

自身免疫疾病是免疫系统“自相残杀”的结果，核心机制是免疫系统自我识别功能紊乱，导致炎症反应和组织损伤。目前已知的自身免疫疾病超过 100 种，常见的包括系统性红斑狼疮、类风湿性关节炎、银屑病、多发性硬化症、1 型糖尿病等。过去 30 年，靶向调节免疫反应的信号通路成为治疗自免疾病“炙手可热”的方法。自免疾病领域不仅市场增速快，而且时常见证“百亿美元分子”重磅药物的诞生。据 BioSpace 统计，2024 年全球药品销售额 TOP10 中，4 款为自免类药物，合计销售额达 440 亿美元，包括赛诺菲/再生元的 Dupixent（度普利尤单抗），艾伯维的 Skyrizi（瑞莎珠单抗）、Humira（阿达木单抗），强生的 Stelara（乌司奴单抗）。可谓是前有“药王”阿达木，后有来者度普利尤。近日，引领药物发现研究“风向标”的 Nature Reviews Drug Discovery 期刊发表了题为：Trends in the drug target landscape for autoimmune diseases 的文章，分析了 2020-2024 年间自身免疫疾病药物靶点的发展趋势，下一个“药王”或将从这些靶点中诞生。卷出天际：自免在研药物暴增 47%文章对近 5 年在研的 92 个自免相关靶点或靶点组合进行统计，发现正在开发的自免药物数量从 2020 年的 131 种增加到 2024 年的 193 种，“暴增”47%。下图展示了 2020-2024 年间在研和上市的自免药物数量的动态变化。热门自免靶点统计图近 5 年至少有 4 款自免“first-in-class”药物上市，分别靶向 IL-13、IL-31、IL-36 及TYK2，适应症主要为皮肤类自免疾病，例如特应性皮炎、结节性痒疹、银屑病。TNF 超家族的靶点研发进展取得显著进展。2020 年，该家族靶点除 TNFα 外，仅有 CD40-CD40L 进入临床 Ⅲ 期。而到了 2024 年，靶向 OX40、TL1A、RANK、BAFF 等靶点的药物也都进入临床 Ⅲ 期。例如，TL1A 靶点有 3 款用于治疗炎症性肠病的药物进入 Ⅲ 期，分别为 Duvakitug（来自赛诺菲）、RG6631（来自罗氏）和 Tulisokibart（来自默沙东）。靶向白介素的创新研究有多种因素推动，比如选择性更高（IL-17A/F抑制剂）、活性持续时间更长（GSK的长效IL-15抑制剂）以及新技术的应用（礼来靶向IL-17的口服药）。IL-4、IL-18、IL-33 具有成为“first-in-class”靶点的潜力。IL-1 受体相关激酶 IRAK4 备受关注，因为它有望用一种药抑制整个 IL-1 家族（IL-1、IL-18、IL-33、IL-36）。这些白介素因子靶点与银屑病和哮喘有关。TSLP 靶点也备受关注，因为它作用于 2 型炎症激活因子 IL-4、IL-5 和 IL-13。TYK2 抑制剂正受到越来越多的关注。TYK2 作用在免疫反应的下游，与 IL-12 和 IL-23 信号通路相关，参与银屑病、克罗恩病的发病过程。与 JAK 抑制剂相比，TYK2 抑制剂不会影响造血功能。目前有多种联合治疗策略用于进一步扩宽治疗方案，例如同时靶向 IL-17 和 TNF，或使用双激酶抑制剂（JAK1、JAK2、JAK3与TYK2、SYK、TEC）。2023 年辉瑞研发的 LITFULO（Ritlecitinib）获得 FDA 批准，用于治疗 12 岁以上的重度斑秃患者。LITFULO 是一种口服的共价 JAK3/TEC 双激酶抑制剂，抑制 IL-15 和 CD8 细胞因子的信号转导，从而抑制免疫系统杀伤毛囊细胞，达到治疗斑秃的目的。即将到来的创新潮自免靶点研发管线保持高度活跃，未来几年将会产生多款 first-in-class 疗法。例如 TL1A、OX40、TSLP、IL-33 和 TYK2 等靶点潜力大，IL-17、IL-23 和 JAK 抑制剂在 best-in-class 创新方面也在不断增加，靶向 IL-4、IL-13 和 IL-15 的研发也将有更多的 2 型炎症性疾病适应症。预示着自身免疫性疾病治疗的新纪元。义翘神州提供全面的自身免疫疾病解决方案，试剂涵盖近 50 种自免疾病。产品包括靶点蛋白、细胞因子和激酶，以及用于生物标志物研究的试剂。义翘神州为生物标志物分析和药物研发提供高质量的科研工具，在推动自身免疫性疾病的早期检测和靶向治疗开发中发挥关键作用。参考文献：Alexandre Fauconnier, et al. Trends in the drug target landscape for autoimmune diseases. Nature Reviews Drug Discovery, 2025. https://doi.org/10.1038/d41573-025-00061-7

在生物医药研发领域，每一个技术突破都可能成为解锁生命科学奥秘的关键。随着药物开发效率瓶颈的凸显、细胞研究复杂度的升级，科研工具的创新正逐步转变为核心驱动力之一。其中，高内涵细胞成像系统凭借其高通量、多维度的分析能力，成为推动精准医学和药物研发的重要引擎。 弗若斯特沙利文（Frost & Sullivan，简称“沙利文”）以行业研究视角，聚焦于高内涵细胞成像系统的创新力量。结合市场趋势、技术演进及政策导向，撰写了一篇关于高内涵细胞成像系统的全面分析报告，旨在揭示其技术内核、竞争格局与国产化机遇，以期为科研机构、生物医药企业及投资者提供重要的参考。 01 高内涵细胞成像系统的行业背景：需求、技术与国产替代的三重奏 在市场需求、技术创新以及国产化进程交汇融合的背景下，高内涵细胞成像系统的快速发展恰逢其时。 终端需求增长 生物医药产业呈现出蓬勃发展的态势之下，生物技术与制药研发活动日益频繁。在药物筛选、细胞异质性研究、基因功能探索等领域，高内涵成像分析技术作为支持精准研究的关键性技术之一，其应用需求持续攀升。与此同时，全球生物医药研发正陷入“创新者的窘境”——跨国药企每10亿美元研发投入仅能转化0.18个新药的现实，生物医药研发行业对提高研发效率的诉求愈发迫切。而在国内，后疫情时代的到来伴随着政策变量，在带量采购常态化和医疗反腐深化的形势下，本土药企承受着“既要降本又要创新”的双重压力，我国生物医药研发领域也同样面临着更加严格的成本控制要求。 站在产业转型的临界点，高内涵成像系统已不仅是科研工具，而是应对生物医药研发效率全球性困局的重要解决方案之一。与此同时，终端需求的量变积累和迭代升级，正牵引着高内涵细胞成像分析系统朝着更加经济、高自动化水平以及与AI技术融合的方向演进。 底层技术突破 高内涵细胞成像系统是技术密集型产品，其演进在本质上是分子生物学工具、光学成像技术、自动化设备及计算科学四大领域的底层技术突破协同作用下的结果。 在分子工具层面，荧光探针、基因编辑技术及全基因组RNAs文库的结合，不仅为高内涵分析提供了分子级别的观测基础，更创造出可实时追踪细胞代谢动态的“示踪剂”。光学成像技术的突破直接提升了系统性能，sCMOS相机与磷酸砷化镓（GaAsp）检测器显著增强了信号采集能力，结合受激发射损耗（STED）等超分辨技术，使系统能够捕获传统光学显微镜无法观测的亚细胞结构细节。自动化和机器人技术为海量数据产出铺设了工业化级的基础设施，即通过精准控制着机械臂的定位精度、温控系统的波动等参数，使得生物实验不再受限于人工操作的物理边界，转而进化为可精准复现的“数字孪生”，实现从细胞培养到数据分析的全流程无人值守。在数据洪流的终端，计算能力的跃升也解决了海量数据的处理瓶颈，图形处理器（GPU）等加速计算与三维重构算法的突破正将图像数据库转化为可操作的生物学洞见。 此外，这四大技术领域的创新并非孤立演进，而是在深度融合后，实现指数级的放大效应：光学突破获得的海量数据需要算力消化，分子探针的精准标记依赖自动化系统实施，而所有技术突破的最终价值，在AI赋能的智能分析平台上实现质变，最终达成“分子标记-光学成像-自动采集-智能分析”的技术闭环。 国产替代窗口 长期以来由于技术壁垒和先发优势，高端科学仪器市场由国际知名品牌把控着，这种产业格局不仅导致我国科研机构与药企承受进口设备溢价带来的采购成本高，更衍生出核心技术“卡脖子”、供应链断供风险、维修响应滞后等系统性风险。在此背景下，高端科学仪器国产替代已从战略选择升维为国家科技安全的必答题，政策引擎的持续加码为国产突破注入确定性。 从“十三五”期间《国家重大科研基础设施和大型科研仪器开放共享管理办法》的出台，到“十四五”期间提出建设重大科技创新平台，加强高端科研仪器设备研发制造，再到2024年12月，国家财政部公开发布《关于政府采购领域本国产品标准及实施政策有关事项的通知（征求意见稿）》，该通知明确了科学仪器行业的“国产”定义标准，并指出未来国产仪器在政府采购中将享受实质性政策优惠，例如产品整体价格给予20%的扣除，以扣除后的价格参与政府采购评审。可见，政策导向正在形成“技术攻坚-产业培育-市场应用的全链条支撑体系。 与此同时，国产替代的进阶路径正往纵深处发展。早期的国产设备主要聚焦中低端市场，通过性价比优势实现首轮市场渗透。而随着技术积累与产业链协同效应显现，国产厂商开始向包含高内涵细胞成像系统在内的高端市场突围。未来，高内涵细胞成像设备将依托这一系统性的国产化替代机会，快速进入更多科研机构和生物医药企业的实验室，有效填补国产市场的空白。此外，国产的高内涵细胞成像系统也将通过国际一流的产品力，让使用者从原先的“不愿用”逐渐转变为“主动用”。 02 生物学研究迈向高通量、大数据的新时代，高内涵技术将细胞成像提升至“组学”水平，但面临着技术实现、系统协同、数据治理及跨学科协作的研发挑战 科研仪器的水平，在很大程度上决定了基础科学研究的广度和深度。然而，以往的传统细胞生物学研究往往局限于单参数、小样本的分析模式，即单次实验通常只能获取2-3个表型参数，样本处理量不足百例，难以全面地揭示药物的作用机制或疾病的发生机制。 面对现代生物药研究对于高通量、大数据的需求，高内涵成像技术搭载着包括细胞或细胞群体的荧光强度、形态学及细胞纹理学信息、细胞靶标分子的空间分布及动力学特征、细胞数量以及亚细胞的显微结构等在内的多元化功能模块，并通过单次实验同步捕获数十个细胞参数、处理万级样本的规模优势，实现精度与效率量级的双提升。更进一步来看，高内涵系统正演变为“多组学”研究的核心枢纽。通过对细胞进行高分辨率成像以及高通量数据分析，将基因组学、转录组学、蛋白组学、代谢组学和表型组学进行串联，整合多组学信息，构建起数据密度更高、维度更完整的决策基座。 而高内涵细胞成像系统的开发是一个复杂的体系，面临着技术实现、系统协同、数据治理及跨学科协作四大维度的难点。“集大成者”的研发厂商，则需通过模块化设计、智能补偿算法与标准化生态建设逐步突破瓶颈，并增强纵向的技术及产业链整合能力。 技术复杂性和集成性挑战 高内涵成像系统的研发需要跨越重重技术障碍。在硬件层面，相关研究人员朝着多项关键性能的技术高地发起攻关：光学成像模块正追求科研级sCMOS相机量子效率超过95%的技术指标，精密机械控制部分的机械臂着力于达成亚微米级别的定位精度，微环境调控单元则需确保温控波动幅度控制在0.1摄氏度以内。软件层面的挑战同样显著，现有的图像处理架构亟待升级，开源平台如CellProfiler对超分辨图像的支持力度有限，使得在复杂成像模式下的算法开发效率低下。 此外，高内涵系统的技术集成并非简单的模块拼装，而是需要解决多学科技术间的物理兼容性、功能耦合性及性能平衡问题。物理兼容性方面，光学-器械协同存在难题，例如，高分辨率成像要求物镜和滤光片等光学组件，需要与机械载物台的运动精度严格匹配；自动化-生物学实验整合时，液体表面张力与微流控通道的兼容性设计仍是痛点，要求液体处理拥有较高精度。功能耦合性方面，需要确保成像和分析之间形成实时闭环，例如，高速相机产生的数据流需与图像处理算法实时对接，以防数据丢帧；共聚焦和光片成像等多模态成像时，需要进行跨模式的算法校准。系统级稳定性方面存在电磁兼容问题，例如，机械臂电机与高灵敏度探测器共存时，电磁干扰可使图像本底噪声增加，需采用分层屏蔽设计。此外，性能方面亦需要取舍，包括分辨率和通量之间的矛盾以及精度和成本之间的平衡。 软件与硬件协同发展困境 软硬件技术迭代速度之间的差异性是制约系统性能释放的关键因素。硬件设备的更新周期通常约为3-5年，而AI算法的迭代周期可缩短至12个月以内。随着时间的推移和技术的进步，新模型的计算需求不断增加，对硬件设备的计算能力提出了更高的要求，以适配算法。接口标准化缺失进一步加剧协同难度，不同厂商的硬件接口协议差异，如PerkinElmer的专有API、Molecular Devices的Java SDK，使第三方软件的适配成本答复增加。实时性需求与算力限制的矛盾同样突出，动态成像场景要求毫秒级图像处理，但现有边缘计算模块的功耗与性能平衡能力不足，导致实时应用仍需依赖外接工作站。 数据治理体系构建难题 海量数据的标准化与共享机制缺失严重制约技术价值释放。数据格式碎片化问题突出，不同设备生成的专有格式可能因编码方式、数据压缩率等因素导致在数据转换过程中出现损耗。尽管行业推动开放标准OME-TIFF用于存储和共享生物医学图像数据，但其采用率仍受限于对新标准的认知程度、旧有系统的兼容性、转换成本等因素。 此外，公共数据库缺乏完整的实验条件记录，元数据标注不完善进一步降低数据复用价值。存储成本高企亦是痛点，单次全视野3D时序成像实验数据量可达TB级，设备存储成本高昂，若进行降分辨率存储，便会牺牲关键信息。数据共享机制的不健全同样显著，多中心研究项目中因权属协议缺失，导致数据无法开放共享，进而难以释放数据的价值。 跨学科协作与资源整合瓶颈 高内涵成像系统的研发需要跨学科的合作和资源整合。生物学家与工程师的需求错位导致功能开发偏离实际应用场景，例如，生物学家关注细胞形态与基因表达的关联性，而工程师更聚焦技术参数优化。此外，供应链层面的资源分散问题同样突出，例如，核心部件sCMOS传感器依赖于索尼、安森美等，AI芯片通常采用英伟达方案。 03 全球范围内高内涵细胞成像系统经历了技术融合到多学科智能化的持续演进，行业内的参与者们呈现出“国际主流、国产突破”的格局 回望高内涵细胞成像系统的迭代历程，其发展始终围绕行业需求升级与底层技术创新的双轮驱动。 自1990年代初期以来，高内涵细胞成像系统经历了从技术融合到多学科智能化的持续演进。以流式细胞术与数字成像显微镜结合为起点，首个集成化平台ArrayScan应制药行业对高通量筛选的需求而生。随后，1990年代末至2000年代初进入商业化于初步应用阶段，在人类基因组测序推动下，对疾病遗传基础的理解加深，促进了高内涵成像技术的发展，商用高内涵成像平台开始配备预定义的图像分析算法，加速靶向药物开发。2000年代中期至2010年代初，开源工具与AI/ML技术萌芽，高内涵成像数据的分析从简单的定量测量转向更复杂的表型分析。2010年代中期至今，技术全面多元化，3D成像、表型组学、深度学习及实时监测深度融合，结合多模态成像拓展应用场景，支撑精准医学的快速发展。 图：全球高内涵细胞成像系统的迭代历程 来源：文献检索，沙利文分析 如今，高内涵成像系统呈现“国际主导、国产突破”的格局，赛默飞EVOS M7000产品以全自动化和活细胞成像等见长，丹纳赫ImageXpress Micro支持高通量共聚焦以及大视野成像，安捷伦BioTek Cytation C10整合多模态成像与微孔板检测功能，瑞孚迪Operetta CLS Quattro提供多种成像模式以及灵活的软件分析功能，赛多利斯Incucyte具备活细胞动态分析能力和操作简便性。而镁伽CellVue® T2000是国产代表，在成像性能和AI分析等核心技术参数以及药物筛选、细胞动力学研究以及3D类器官研究等主要应用场景上，均完成了国际主流产品的对标。可以预见，以镁伽CellVue® T2000为代表的国产设备的崛起为本土科研与产业提供了高性价比选择，也印证着中国厂商正在逐步掌握高端仪器的话语权，拥有资格去定义下一代产品。 未来，这些行业内的头部参与者们也将持续深化AI自动化、复杂场景适配性以及跨组学技术整合及临床转化，以行业需求与技术创新双轮驱动，将高内涵细胞成像系统进一步发展为性能更优、分析更多维的分析平台。 图：全球高内涵细胞成像系统的代表性产品介绍 来源：公开信息，沙利文分析 04 CellVue® T2000是镁伽科技推动生命科学数智化革新的重要利器 镁伽科技作为智能自动化领域的创新推动者，其核心战略始终围绕“AI for Science”展开，而CellVue® T2000高内涵成像系统的推出正是这一战略在生命科学领域落地的关键支点之一。 图：CellVue® T2000的产品图 来源：公开信息 在智慧实验室中的双重定位：基础硬件支撑与数据价值赋能 针对智慧实验室的顶层设计框架，镁伽科技提出从基础到高级、从单一到综合、从自动化到智能化逐步演进的顶层设计框架，涵盖5个层次的技术构成和运作范式，即基础仪器和硬件层、软件和调度控制层、高级应用层、数据治理层以及AI辅助分析和决策层。当将CellVue® T2000嵌入其中，作为基础仪器层的关键设备，其既承担着实验流程自动化的物理支撑功能，又通过数据生成与处理能力贯穿实验室智能化转型的全链条。 图：智慧实验室的架构 来源：公开信息，沙利文分析 在第一层的基础仪器和自动化硬件中，CellVue® T2000的硬件性能直接决定了实验室自动化工作流的起点质量。高精度光学成像模块、多模态成像兼容性等特点，为细胞表型分析、药物筛选等实验提供了可靠的物理执行基础。 在数据驱动实验室的框架下，CellVue® T2000的价值不再限于执行实验步骤，而是能够做到实验步骤的优化，通过反馈设备状态数据，实现动态流程调整。与此同时，CellVue® T2000向上支撑着智能化升级。系统在成像过程中自动采集原始图像数据，并基于预设算法提取细胞数量、形态参数、荧光强度等结构化指标，在经过清洗后导入实验室数据湖。这些海量的细胞行为数据也将用于为机器学习模型训练，最终赋能高级应用层与AI决策层。 此外，CellVue® T2000也正在向下沉淀技术标准，其硬件接口协议、数据输出格式等被同步应用于基础设备。CellVue® T2000能够无缝接入镁伽自主研发的LABILLION实验室智慧管理平台，实现从细胞铺板、传代、给药到成像检测及分析的全自动化流程，促进实验室硬件层的跨设备协同工作。可见，镁伽科技的目标不仅是单一设备，而是以CellVue® T2000为支点，联动自动化工作站、AI云平台与类器官模型库，打造“端到端”的研发解决方案。当同行还在比拼参数时，镁伽已悄然构建生态闭环。 从生物实验室到半导体：镁伽的“跨领域技术复利”战略 镁伽科技在半导体产业所布局的核心产品，包括晶圆量检测、晶圆切割、激光加工和封装检测四个产品方向，其主要功能包括缺陷检测、表面形貌检测和量测等，而半导体设备与CellVue® T2000共享着同一技术底座：AI+显微成像。 由于技术基础的相似性，“生命科学”和“半导体”形成了跨领域的战略协同，实现了算法、数据处理方法、成像技术等核心技术上的共享和交叉应用。例如，半导体业务积累的高精度光学校准经验，反哺细胞成像的稳定性。在生命科学场景中训练的算法，可迁移至晶圆检测。 05 逐点击破研发难题，多技术路线共绘CellVue® T2000的产品轮廓 CellVue® T2000集成了运动控制模块、高精度光学系统和AI图像分析算法，实现从样本处理、图像采集到数据解析的全流程自动化。在支持明场成像、彩色明场成像、切片样本观察以及具备荧光和自发光成像功能的基础功能之外，更是将进一步描绘细胞形态学信息的Cell Painting、细胞示踪技术、空间转录组学以及空间蛋白组学等加入至能力清单。这种多维技术能力的融合，使其为深入生命科学研究，提供可扩展的工具平台。即从细胞毒性研究到细胞全景绘制、悬浮细胞研究以及类器官研究，均能通过CellVue® T2000找到最适合的配置方案。 在复杂生物系统模拟领域，类器官内部具有三维结构复杂、异质性高的特点，且传统类器官长时间成像时，面临光毒性损伤与数据连续性的矛盾，而CellVue® T2000的多维能力解决了类器官研究的难点，实现了对类器官的形态、功能及药物反应的精准监测，涵盖了类器官培养连续监测、类器官表型分析、类器官药物筛选与药敏测试以及类器官与微环境相互作用研究四大技术模块。 图：CellVue® T2000的介绍 来源：公开信息，沙利文分析 而正是基于这些功能和应用场景，CellVue® T2000的开发过程也充满了挑战与创新。从初步概念到原型，再到最终版本的开发路径中，其成功源于技术磨合、模块化设计及真实场景驱动的快速迭代。 为了兼顾高通量扫描速度与高质量成像，研发团队采用高分辨率与大靶面的相机提高成像视野面积，通过高精度的载物台运动控制，以及红外激光自动对焦，提升整体的运行速度，确保在高速视野切换的同时能够快速锁定样本的最佳焦面。CellVue®  T2000能够在3分钟内完成96孔板每孔双通道的整板扫描，8分钟内完成384孔板每孔5通道的整板扫描。多模态数据融合与分析方面，当CellVue® T2000进行Cell Painting、空间组学等复杂应用时，研发团队采用AI驱动的图像分析算法，结合开放式软件架构，兼容第三方分析工具，提升数据解读效率，使其能够顺利处理荧光信号、形态学参数等多维数据。面对自动化与灵活性的矛盾，CellVue® T2000既要满足高通量实验的无人值守需求，又需适应明场、荧光、切片样本等不同实验场景的灵活配置。解决方案便是通过模块化设计，将成像模块、环境控制模块、自动化接口标准化，用户可按需选择功能组合，从而降低定制化成本。 图：CellVue® T2000的操作界面示例 来源：公开信息 一方面，镁伽科技的研发团队整合现有的技术资源基础对产品进行打磨。另一方面，与生物医药企业、科研机构中的关键客户进行合作，通过药物筛选、细胞示踪等真实场景测试产品的性能，从而持续优化参数，加速开发进程。 在保持核心性能对标国际的同时，CellVue® T2000采用“场景深耕”的策略，针对性优化了本土化服务能力：支持国产耗材适配、提供中文交互界面与定制化分析模板，并依托国内供应链实现更快速的售后响应。可以预见，CellVue® T2000未来将在国内科研机构、生物医药企业的设备采购中铺开，并逐渐替代进口产品。更重要的是，这些场景中产生的海量数据，将继续反哺镁伽的算法体系，形成技术迭代的增强回路。 06 总结与展望 CellVue® T2000的推出，是镁伽科技向高端科学仪器提供商转型的重要一步，也是实现“AI for Science”战略目标的重要举措。凭借产品的性价比、自动化整合能力和人工智能技术的结合，CellVue® T2000将成为我国高内涵细胞成像系统领域的标杆性工具，未来，镁伽科技将打造更高版本的产品，持续提升成像质量与分析效率，向纳米、亚纳米级别推进，以适应更精细的科研需求，并以高内涵细胞成像系统为拳头产品，联动镁伽鲲鹏实验室，从而构建一体化、综合性的实验室整体解决方案，推动生命科学行业的自动化和智能化进程。此外，高内涵细胞成像系统采用的“AI+显微成像”的技术底座，也将与半导体领域的布局形成了良好的衔接，辐射更广泛的产业应用。 关于镁伽科技 镁伽科技成立于2016年，是一家专注提供先进生产力工具的科技公司，致力于通过机器人、自动化、人工智能等技术与行业应用的深度融合，赋能生命科学、新药研发、临床诊断、应用化学等领域的创新突破和数字化革新，为每个人创建更高效、更健康、更美好的世界。目前已完成C轮融资，主要投资人包括药明康德、德国博世、义翘神州、高盛资产管理、亚投资本、纪源资本、创新工场、愉悦资本、经纬创投、新加坡蘭亭投资等。 关于沙利文生命科学事业部 沙利文生命科学事业部在生命科学领域拥有专业的分析能力和丰富的项目经验。依托沙利文全球智库资源和大中华区跨行业业务发展平台，沙利文生命科学事业部在生命科学产业投融资服务有着独特核心优势。沙利文生命科学事业部在中国拥有广泛的企业客户，并在过去21年里建立了庞大的客户网络，积累大量生命科学各细分领域的项目经验。 项目类型包括知识中心项目（深度内容、宣传活动），Pre-IPO项目（DCF估值、商业计划书服务），IPO上市项目（行业顾问、临床稽查、募投撰写），市场调研，市值管理及战略咨询等，并与国内外知名的资讯平台及投融资机构合作，为企业提供医药及医疗器械等专业细分领域行业一站式解决方案，受到投资者的广泛关注。 联系电话：021-5407-5836 联系邮箱：PR@frostchina.com 关于沙利文 全球增长咨询公司，弗若斯特沙利文（Frost & Sullivan，简称“沙利文”）融合全球64年的咨询经验，27年来竭诚服务蓬勃发展的中国市场，以全球化的视野，帮助超10,000家客户加速企业成长步伐，助力客户在行业内取得增长、科创、领先的标杆地位，实现融资及上市等资本运作目标。 沙利文深耕全球资本市场及企业咨询服务，通过创新性提出的“全域投资管理 (Total Investment Management, TIM）”为企业提供全方位的投融资及其他各类专业咨询服务，包括投融资CDD、估值服务、技术顾问、财务顾问、ESG、募投可研、债券发行行业顾问、行业顾问、评估服务、奖项服务、行业白皮书、战略及管理咨询、规划咨询、技术洞察等。 沙利文大中华区的投融资业务实现了对中国国民经济的全行业覆盖，包括对新经济、新基建等所有经济热点的高度关注，涵盖数字基础设施、消费电子、双碳新能源、医疗与生命科学、餐饮与新零售、半导体与集成电路、智能家居、汽车与出行、康养服务、食品与饮料、信息通信技术、金融科技、地产与物业、矿业冶炼、美容时尚、大数据与人工智能、物流与供应链、建筑科技与装饰装潢、特种新材料、文化娱乐、企业级服务、跨境电商贸易、基础设施建设、环保节能科技、教育与培训等。 沙利文团队为企业领袖及其管理团队开展投融资顾问咨询服务以来，已帮助近千家公司成功在香港及境外上市，是国内投融资战略咨询领域的领军企业。近10年来，沙利文连年蝉联中国企业赴香港及境外上市专业行业顾问市场份额的领导地位；且近年来，沙利文报告也被广泛引用于业内领先的A股、科创板等上市公司的招股文件、一级和二级市场研究报告及其他资本市场公示文件中。 64年以来，沙利文通过其遍布全球的近50个办公室，利用强大的数据库和专家库、运用丰富的专业知识和咨询工具，帮助大量客户（包括全球1,000强公司、国内外顶级金融机构以及其他各类领先企业等）完成了包括但不限于尽职调查、估值分析和第三方评估工作等工作，达成了战略目标；创立市场地位确认体系，创新性提出“FSBV沙利文品牌价值模型”，已向超1,000家企业提供市场地位确认及品牌估值服务，持续助力大量中国品牌实现国内与出海增长战略。 沙利文发布《活性维生素D（骨化醇）产业现状与未来发展报告》（内附全文获取方式） 2024-01-29 沙利文发布《中国放射性药物产业现状与未来发展蓝皮书》（内附全文获取方式） 2023-12-28 沙利文发布《基因药物行业现状与发展趋势蓝皮书》（内附全文获取方式） 2023-12-20 点击了解镁伽科技！