基于 PLGA 缓释微阵列的小分子化合物活细胞高通量筛选技术

【PNAS】

Microarrays of small molecules embedded in biodegradable polymers for use in mammalian cell-based screens

可降解聚合物包埋小分子微阵列平台，开展活细胞高通量药物筛选

小分子化合物筛选是化学遗传学研究和药物发现的核心手段。传统微孔板筛选（如 96/384 孔板）通量有限、样品消耗大，难以满足大规模化合物文库的高通量筛选需求。微阵列生物芯片技术将数千种小分子化合物集成于单张芯片，实现微型化、平行化的高通量筛选。本研究利用 PLGA（聚乳酸-羟基乙酸共聚物）可降解聚合物包埋小分子化合物，结合微阵列生物芯片点样技术构建了用于哺乳动物细胞筛选的高通量小分子化合物筛选芯片，降低了筛选成本，为药物发现提供了高效、低耗的技术平台。

作者单位：麻省理工学院怀特黑德生物医学研究所、哥伦比亚大学生物与化学系

期刊：PNAS

筛选对象：70 种已知生物活性小分子化合物

细胞模型：A549 和 HeLa 细胞中分别转染靶向 p53、PTEN、MDM2、EGFR、TSC2、BCL2 及 BRCA1 等 7 种癌症关键基因的 siRNA，建立 16 种细胞条件

技术支撑：微阵列生物芯片点样仪

图1：PLGA 包埋小分子化合物微阵列芯片图（21×21 阵列）（左）及细胞筛选结果图（右）

小分子化合物芯片制备以 100 mg/mL PLGA-水杨酸甲酯为基质溶液，待测小分子经 DMSO 配制成 80 mM 母液并梯度稀释。随后，以镍螯合载玻片为基底，在 23℃、55% 恒定湿度环境下进行分层打印。先打印约 1 nL 的 PLGA 基底微点并干燥 10 min，再分 1–5 轮叠加点印共计 20 nL 小分子 DMSO 溶液，每轮间隔不少于 8 min 以保证 DMSO 充分挥发，最后覆盖一层水杨酸甲酯使小分子化合物均匀包埋进聚合物，打印完成后室温干燥 30 min，于 4 ℃ 避光保存，微点直径约 200 μm，阵列点间距可自定义调整。

研究对小分子化合物芯片进行纤连蛋白的表面修饰，接种野生型细胞，以及 7 种癌症相关基因 siRNA 敲低哺乳动物细胞，设置 14–168 h 多梯度孵育时长。芯片上的小分子化合物依靠 PLGA 缓释形成药物浓度梯度，单张芯片可并行筛选 70 种小分子化合物。初筛得到 Macbecin II 等候选化合物，并通过传统微孔板实验验证结果的可靠性。

本研究利用 PLGA 包埋小分子化合物制备微阵列芯片，实现了哺乳动物活细胞高通量平行筛选。该平台将传统微孔板反应集成于单张芯片，大幅降低了样品消耗量。在涵盖 70 种化合物与 16 种细胞条件的筛选中，成功筛选出小分子化合物 Macbecin II，验证了平台的可靠性，为高通量细胞筛选提供高效、低耗的技术手段。

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