細胞是具有生命的zui小生物體單位，它可以方便地提供一個窗口，供科學家對生命體內(nèi)外的過程作更廣泛的研究。基于細胞的分析技術（CBAs）已經(jīng)給藥物篩選帶來了希望。在克隆技術出現(xiàn)之前，科學家主要是通過試驗化合物的生理或病理生理效應來發(fā)現(xiàn)新的藥物，而分子生物學和重組體DNA方法則允許針對特定的靶分子進行篩選，這在當時成為了一大突破。CBAs的出現(xiàn)，使藥物的發(fā)掘又有了新的努力方向，藥物研發(fā)也展現(xiàn)出了新的振興曙光。

　　Threshoer制藥公司的CharlesHart博士認為，靶標確認的挑戰(zhàn)，以及通過多標記對多種藥物進行篩選的鑒定，使人們轉向了以細胞表型為基礎的篩選分析技術。例如，今天篩選新骨質(zhì)疏松癥治療藥劑的過程，就是直接對破骨細胞、成骨細胞或兩者的試驗來進行，而不再分析離析出的雌激素、降鈣素或甲狀旁腺素受體。

　　Threshoer制藥公司使用CBAs篩選候選藥物并且探查藥物的藥理學機理。公司的一個癌癥藥物研究項目利用了低氧細胞模擬癌癥復發(fā)過程。另一個項目則是研究良性細胞的繁殖（如良性前列腺增生肥大）。在相應分析過程中，研究人員通常要選用幾種不同類型的細胞去模擬生物組織的結構和行為。

　　Hart博士利用熒光標記、熒光讀數(shù)計和細胞計數(shù)器作為技術手段，研究代謝活性、分子生物標記、細胞活力，細胞程序性死亡以及細胞周期。

　　CBAs為那些利用多參數(shù)分析系統(tǒng)研究復雜體系的藥物公司帶來了巨大的經(jīng)濟效益，分析系統(tǒng)采用的是多重熒光探針。微體積細胞計量術和FACS（熒光激活細胞分選技術）相結合，可以對群體內(nèi)的單個細胞進行表征。自動顯微鏡檢查法、圖像分析、高通量篩選是多參數(shù)技術的其他應用實例。Threshoer制藥公司對FRET（熒光共振能量轉移）的新型應用領域也很感興趣，因為它允許對蛋白質(zhì)—蛋白質(zhì)的相互作用過程進行空間分辨和鑒定。

　　“這些技術使我們能夠研究生物化學、細胞生物學、生物學等諸學科間的邊緣領域的有關課題，”Harf博士指出，“大分子復合體就屬此類，如復制體、轉錄體、炎性體（inflammasome）和氧化還原體。此水平的生物學確實是新領域之一，而基于細胞水平的多參數(shù)熒光分析則是深入理解這些內(nèi)容的一個主要途徑。”

　　熒光：偉大的標記能手

　　“熒光標記技術和先進的檢測方法大大推進了CBAs的發(fā)展，”Guava技術公司試劑產(chǎn)品主任LawrenceLem博士說，“熒光所提供的靈敏度是比色測定所*的。”毋庸諱言，放射標記法也極為靈敏。但是由于涉及到工作人員的安全問題，以及藥品處理和執(zhí)照（現(xiàn)在購取放射性材料已變得更加困難）等問題，而使放謝性同位素法喪失了魅力。

　　可以預言，人們對混合細胞分析的興趣必然會日益濃烈，因為它可以對生物組織、整個有機體或其他復雜體系提供合理近似結果，而同是又避開了飼養(yǎng)動物的麻煩。混合細胞分析是將兩個或更多個器官的細胞混合起來，同時監(jiān)測一個實驗條件對所有細胞的影響。例如，可以利用B細胞和T細胞混合體進行免疫-調(diào)節(jié)藥物的實驗分析，一個癌癥化合物可以在正常的、癌性的和血管祖細胞中進行試驗。

　　細胞計量術是混合細胞分析的手段之一。流式細胞計量術每秒鐘可分析數(shù)千個細胞，并可揀出稀有細胞。它可以取代消耗勞力較大的微量滴定分析方法。微量滴定法需要先進行溶解和添加試劑，隨后再進行ELISA或Western印跡分析，手續(xù)煩瑣。流式細胞計量術操作簡單，但目前不幸的是，由于流式細胞計量儀結構復雜、價格昂貴，致使許多研究人員暫時還沒有機會采用這種技術。Guava聲稱要讓這類儀器更小型化，更簡單，方便易用，從而攻克阻礙研究人員使用流式細胞計量儀的壁壘。

　　通過細胞分析，科學家可以闡明分泌蛋白質(zhì)的產(chǎn)生、信號轉導和細胞分裂等基礎生物學問題。BeckmanCoulter細胞分析業(yè)務BrendanYee認為，在利用熒光方面檢測方法的改進是近5年來CBAs中zui主要的進展。“熒光已經(jīng)改變了人們分析細胞并且觀察細胞內(nèi)部發(fā)生狀況的方法。”在熒光檢測技術中，Yee更喜歡共聚焦顯微術和其他高通量技術。“下一步將是無標記的細胞分析，不過還有很多難題須要解決，”他補充道。

　　探查微生物

　　當Pei-WongShi10年前完成他的關于西尼羅病毒（WNV）博士論文并去耶魯大學作博士后工作的時候，他對自己的研究工作能否在實際的公共衛(wèi)生事業(yè)上得到什么應用還是一無所知的。不過后來紐約州西尼羅病毒的突然蔓延使情況發(fā)生了急劇的變化。今天，在的紐約衛(wèi)生部Wadsworth中心，Shi博士正在主持一個NIH資助的科研項目，研究WNV的分子生物學和開發(fā)治療蚊子傳染的病毒性疾病的藥物。

　　Shi及其合作者用CBAs探究野生型和突變的WNV是如何進攻并進入細胞。因為他們了解WNV的基因序列（它是一個RNA病毒），所以他們能順利使用點核苷酸取代法制造人工病毒類似物。他們還把綠色熒光蛋白（GFP）或熒光素酶引進基因組，從而對感染性和毒性提供快速的光學分析方法。

　　在Shi博士看來，這是一個藥物發(fā)現(xiàn)有效系統(tǒng)，他說：“因為我們只要對被感染細胞處理后所發(fā)出的光的量進行簡單測量之后，我們就可以快速的篩選出表現(xiàn)出抗病毒活性的那些化合物。”在用實驗藥物對細胞進行培養(yǎng)之后，Shi將細胞溶解，然后查看綠色熒光蛋白或與熒光素酶活性，后者與病毒復制成正比。他們還開發(fā)出了半自動微孔板格式的分析方法。

　　致力于發(fā)現(xiàn)新的抗病毒藥物的研究人員曾一度需要進行復雜的細胞感染分析，才能確定藥物治療能夠抑止病毒復制的程度。“采用原來的技術，每天試驗20種化合物就感覺很幸運了，”Shi指出，“而采用我們的方法，每星期能研究數(shù)千種化合物。”Shi的工作不僅使制藥業(yè)感興趣，而且還吸引了其他學術界，爭相與之合作進行抗病毒藥物的研發(fā)。

　　應用領域更廣

　　CBAs的應用范圍遠遠超出了生物學系統(tǒng)。肯塔基大學的SylviaDaunert教授開始將CBAs用于環(huán)境科學研究。她早期的工作涉及用含有報道分子的基因工程微生物發(fā)光指示毒性金屬（砷、鎳、銅等）的存在。這一思路導致了若干的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明，其中*個發(fā)明是將發(fā)光細菌固定在光學纖維的頂端制成的環(huán)境生物傳感器。利用該平臺對關鍵水源（湖泊、河流）和工業(yè)區(qū)水可以進行快速實時的遙控檢測。

　　Daunert的無毒大腸桿菌的堅韌性，使它能夠很好的應用于包括指示紙在內(nèi)的其他一系列傳感器形式中。“它們是有良好耐寒性的細胞，”Daunert說“你可以將它們凍干并保持，你還可以用一種緩沖溶液使它們吸水擺脫脫水狀態(tài)，可以讓90%以上的細胞都能復活過來。”

　　報道分子一般是調(diào)節(jié)蛋白，在特定分析物存在下可以打開和關閉。Daunert安插上這些信號系統(tǒng)，用它們代替從細胞中抽吸毒素的天然防御系統(tǒng)蛋白。這樣一來，細胞便不再驅逐毒素，而是通過發(fā)光、化學發(fā)光或熒光向外界報告事態(tài)信息。她從此將研究方向轉移到利用微流體平臺的生物醫(yī)學細胞傳感的研究領域。在一項她比喻為個人立體照片的發(fā)明中，該裝置包括有一個轉動的微型帶槽溝的盤，在盤上固定有信號細胞和試劑。將一份水樣品放到盤中的池內(nèi)，水樣便迅速通過盤中的槽溝并通到放有100種分析物的傳感區(qū)域。這一裝量原先是由美國國家航空航天局（NASA）資助研制的，現(xiàn)在她的科研同事正試圖將其商品化。

　　現(xiàn)在正在進行中的一個科研項目，利用了病原細菌把類似病原體募集到感染部位去的那種化學信號。Daunert設計了細胞傳感器，在信號分子存在下可以發(fā)光，因此可在胃腸感染的早期階段就指明出來。

　　廣闊的發(fā)展空間

　　越來越多對CBAs感興趣的生物學家愿意與Chih-MingHo博士那樣的工程師進行合作，Ho博士是加州大學細胞模擬空間探索（CMISE）研究所的科研主管。該研究所17名教師和約60名研究生和博士后利用微米和納米技術擾動、檢測和驅使細胞轉化為所需要的表現(xiàn)型。例如，Ho博士的微芯片技術能以單堿基對的分辨率定量測定低豐度的RNA和DNA，CMISE其他的研究成果更讓人吃驚。

　　光衍射極限約為200nm，這是顯微技術長期以來未能克服的障礙：小于200nm的物體不能辨別。CMISE的科研人員ZhangXiang正在研究一種近場光學（波長比可見光短得多）能使小至60nm的物體成像。他相信，zui終會達到10nm的分辨率，相當于一個大分子的大小。“你不妨回想一下，顯微鏡曾為生物學做出了巨大的貢獻，”Ho博士說，“而現(xiàn)在我們有了納米顯微鏡。”CMISE另一項技術是將一臺原子力顯微鏡（AFM）放在一個細胞上。旋轉的細胞驅動原子力顯微鏡，產(chǎn)生一個振動圖像，它在放大之后，通過一個擴音器可發(fā)出能聽得到的聲音，可用來分析各種圖像。這項技術稱之為聲譜細胞學，可以用來分辨正常的和有病的細胞，并且能區(qū)分試驗細胞和對照細胞。

　　CMISE一項zui有趣的發(fā)明出自WuMing博士之手。他用一光束和軟件寫一個“movie”，當和一個二維電泳力相聯(lián)結時，此創(chuàng)作便成了一個虛似的可以放置和移動細胞的微型機器。Ho博士說道：“做一個能完成同樣工作的微機要花費一個博士生5年長的時間，而我們用書寫軟件完成此項工作則只需要5分鐘。”