研究人員開發出一種新技術，可以將核糖核酸和蛋白質等生物物質以固態形式儲存起來。這種固態存儲類似於藥丸或藥片，需要時可以溶解在水中。這種開創性的方法解決了目前在保存和管理從活細胞中提取的產品方面所面臨的挑戰，這些產品對各種醫學和科學研究工作至關重要。

固態生物藥片溶解於水（左），激活生物機器按需生產（右）的圖示。圖片來源：Ehsan Faridi 和Ehsan Keshavarzi（Inmywork 工作室）設計

生物材料，如mRNA、酶和抗體，是製造新藥和診斷測試工具的關鍵，但在儲存、運輸和使用過程中很容易受到環境條件變化的影響。不適當的儲存和處理會導致它們變質或失去功能，對資源有限或服務不足地區的可用性構成重大障礙。例如，輝瑞COVID+19 疫苗的推廣速度和廣度都受到了限制，因為需要深冷凍箱進行儲存和運輸。更廣泛地說，根據IQVIA 人類數據科學研究所的數據，即使在有冷藏基礎設施的情況下，也有10% 以上的案例發生了故障，每年造成的損失超過350 億美元。為了克服一些關鍵的局限性，位於加利福尼亞州聖路易斯奧比斯波市的加州州立理工大學（Cal Poly）的研究人員開發出了一種新的生物材料儲存方法，該方法在科學界和醫學界有著巨大的應用潛力。當我們大多數人打開藥櫃時，會發現藥品以液體、膠囊包裝的粉末、藥丸和藥片等形式儲存。事實證明，藥品的每種形態都對藥品的儲存和使用起著重要作用。除少數例外情況外，藥物等生物材料目前只能以冷凍或冷藏液體和凍乾粉末的形式儲存。沒有類似藥片的形式限制了這一領域的發展，往往使其難以送達需要的地點和用戶。“正如藥片改變了我們服用藥物的方式一樣，固態存儲平台為我們處理和使用生物材料開闢了新的可能性，釋放了現有療法和新興生物技術的潛力，”領導新存儲平台研究的化學與生物化學副教授Javin Oza 博士說。大多數生物材料都需要以液體形式儲存，並在保質期內冷凍在深冷凍箱中。實踐中我們通過一個由冰箱和冷凍箱組成的複雜綜合系統（即冷鏈）來實現這一目標。近年來，包括加州理工學院研究小組在內的許多研究團隊在生物材料的冷凍乾燥方面取得了進展，改善了生物材料的儲存和處理方式，但冷凍乾燥的使用仍然有限。生物製劑的固態存儲是下一個重大進展，因為藥片具有獨特的優勢，可以更好地保存它們封裝的材料。例如，這項創新使研究人員能夠將生物材料封裝成片劑，在室溫下儲存在貨架上，然後加入水中溶解，按需使用。除了確保生物材料的穩定性和活性外，固態儲存技術的開發還能確保藥片迅速崩解並溶解到水中。Oza補充說：”我們的創新使生物製劑的儲存和使用變得像阿司匹林片劑一樣簡單，只需將其滴入水中，混合後即可使用。”作為固態存儲平台支持複雜生物製劑混合物能力的一個測試案例，研究小組證明，能夠將遺傳信息解碼成RNA 和蛋白質的細胞機械可以存儲在固態中。當加入水中時，該機器會重新激活，對遺傳信息進行解碼，就像它仍在細胞內一樣。研究小組還進一步證明，CRISPR 等新興生物技術工具可以在固態存儲後被激活。研究小組的成果展示了廣泛的應用潛力。在室溫下儲存生物製劑並按需激活它們的能力，對於向無法使用冷鏈的偏遠地區提供治療非常有用。例如，可以設想在偏遠地區按需生產便攜式疫苗。該平台還可用於診斷測試，從COVID-19 篩選到廢水污染物測試，只需改變藥片的成分即可。在現場使用時，固態存儲的另一個好處是使用簡單，減少了對技術人員進行專業培訓的需要，進一步提高了在需要時的可及性。該平台還需要進一步改進，以適應特定的使用情況。研究人員預計，額外的改良（如塗層）可以幫助固態存儲更適合承受極端環境，如高溫、潮濕和化學物質。此外，對固態生物製劑的處理和塗層的不斷改進，還能使生物藥片口服而非注射。如果取得成功，胰島素和Humira（治療關節炎的免疫抑製藥物）等藥物有朝一日可以口服而不是注射，從而改善數百萬人的生活質量。由於生物技術領域發展迅速，其潛在影響已超出了醫療保健領域，而是擴展到生物製造、教育和研究領域。這項創新還可能影響到生物製劑在全球各地的運輸方式，以及按需生產救命療法的太空運輸方式。