細胞代謝與藥物代謝是新藥篩選和研發的關鍵環節，在推動人類大健康發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細胞培養測定研究為主，多為靜態培養條件，無法很好地模擬體內細胞動態微環境。微流控芯片－質譜聯用是近年發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微環境，與質譜聯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》期刊上發表綜述文章，總結了微流控芯片-質譜聯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-質譜聯用技術在新藥研發與細胞分析領域的發展提供參考。

微流控芯片-質譜聯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。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-固相萃取（SPE）及在線電噴霧電離四極桿飛行時間質譜（ESI-Q-TOF MS）聯用示意圖；（C）微流控芯片細胞共培養耦合質譜聯用分析示意圖；（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-質譜聯用技術在藥物代謝中的應用

藥物研發第一步，是明確藥物可吸收入體發揮作用，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－質譜聯用技術用于藥物研發，藥物滲透性評價是第一步。有研究人員研發了一款穩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系統可選擇性和定量分析細胞藥物吸收和代謝物，具有高的穩定性、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-質譜聯用系統（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，發現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－質譜聯用裝置，研究人員構建了腫瘤血管網絡模型和細胞共培養微環境（圖2D），研究了載藥納米粒子在腫瘤周圍血管生態位中的藥物傳遞與代謝分析。

圖2 微流控芯片－質譜聯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；（D）模擬腫瘤微環境的微流控芯片-質譜聯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－質譜聯用分析中，芯片細胞培養從單個細胞、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。在現有研究中，以1種細胞或細胞共培養研究居多，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多年的發展，微流控芯片－質譜聯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、樣品富集處理、質譜聯用一體化，實時動態監測細胞與藥物代謝變化功能等諸多優勢，受到廣大生命科學和醫藥科學研究工作者的青睞。