Application Report

前言：當hERG篩選遇到“真實環(huán)境”

在藥物研發(fā)過程中，hERG通道始終是一個無法回避的安全性關鍵點。它編碼的Kv11.1鉀通道參與心臟復極，一旦受到藥物抑制，可能導致QT間期延長，甚至引發(fā)嚴重心律失常甚至死亡。因此，大量候選藥物并非止步于療效，而是在hERG安全性評估階段被淘汰。

長期以來，hERG的安全性評價主要依賴室溫條件下的電生理實驗。結合自動膜片鉗技術，這種模式可以實現(xiàn)高通量檢測，但其前提是對實驗環(huán)境進行了一定程度的“簡化”。尤其是溫度這一變量，在實際人體環(huán)境中始終維持在37°C，而在體外實驗中卻常被忽略。

隨著CiPA（Comprehensive in vitro Proarrhythmia Assay）評價策略的提出，行業(yè)開始重新審視這一問題。CiPA強調在更接近生理狀態(tài)的條件下評估離子通道功能，其中一個核心要求就是在35-37°C下進行記錄。然而，當實驗從室溫過渡到生理溫度時，原本穩(wěn)定的體系卻變得“脆弱”，這也引出了一個關鍵問題：如何在更真實的條件下，仍然獲得可靠有效的數(shù)據(jù)。

討論：高溫條件下的挑戰(zhàn)與實驗數(shù)據(jù)解析

在37°C條件下，hERG實驗的核心難點并不是“能否記錄電流”，而是能否在較長時間內維持穩(wěn)定記錄，從而完成完整的藥理學評估流程。這對自動膜片鉗系統(tǒng)的機械穩(wěn)定性、流體控制精度以及溫控能力提出了更高要求。

在這一背景下，QPatch系統(tǒng)的優(yōu)勢開始體現(xiàn)出來。作為一款基于微流控和自動化的全自動膜片鉗平臺，QPatch不僅能夠實現(xiàn)高通量平行記錄，還能夠在每個實驗孔中進行精細的液體交換和壓力控制。這種“單孔獨立微環(huán)境”的設計，使得在高溫條件下仍然可以精確控制細胞狀態(tài)和藥物遞送過程，從而減少實驗波動。

在具體實驗中，通過對QPatch whole-cell protocol的優(yōu)化（包括細胞定位壓力、gigaseal形成負壓以及維持壓力的動態(tài)調整），研究者成功在35–37°C條件下建立了穩(wěn)定的記錄體系。這說明，自動膜片鉗并非只能用于室溫篩選，在合適的參數(shù)優(yōu)化下，同樣可以適應更接近生理條件的實驗需求。

在電流記錄層面，CiPA標準電壓協(xié)議被用于誘導hERG通道電流，如下所示：

（圖1：hERG電流記錄及濃度依賴性抑制）

在QPatch平臺上，可以觀察到清晰且重復性良好的尾電流信號。在對照條件下，電流穩(wěn)定存在，而在加入特異性阻斷劑E-4031后迅速消失，驗證了信號來源。這種穩(wěn)定且高信噪比的記錄，反映出QPatch在電流采集與信號控制方面的可靠性。

進一步地，在奎尼丁等藥物的作用下，電流呈現(xiàn)出連續(xù)的濃度依賴性下降。這一過程依賴于QPatch精確的液體遞送系統(tǒng)，可以實現(xiàn)多次、定量的累積加藥，而不會顯著擾動細胞狀態(tài)。這一點對于構建完整的濃度反應曲線至關重要。

相比瞬時電流變化，時間維度上的穩(wěn)定性更能體現(xiàn)系統(tǒng)性能。在圖1D中可以看到，在多次加液和長時間記錄過程中，電流仍然保持相對穩(wěn)定。這說明QPatch在壓力控制與微流體交換方面的穩(wěn)定性，使其能夠支撐約30分鐘以上的連續(xù)記錄，從而滿足CiPA實驗對時間窗口的要求。

從整體數(shù)據(jù)來看，該體系表現(xiàn)出較高的實驗成功率。絕大多數(shù)細胞能夠形成gigaseal，且約77%的記錄通過質量篩選標準。在自動膜片鉗高溫實驗這一具有挑戰(zhàn)性的場景下，這樣的表現(xiàn)說明QPatch不僅具備高通量能力，也具備較高的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和重復性

在藥理學驗證部分，QPatch同樣展現(xiàn)出良好的數(shù)據(jù)一致性：

（圖2：四種hERG阻斷劑的濃度反應曲線）

可以看到，不同阻斷劑均表現(xiàn)出標準的劑量反應關系。依托QPatch的自動化加藥與數(shù)據(jù)采集能力，可以獲得平滑且連續(xù)的濃度反應曲線。經過Hill擬合后，所得IC50值與文獻中手動膜片鉗結果高度一致。這表明，在生理溫度條件下，QPatch不僅能夠完成實驗，還能夠產出具有可比性的高質量數(shù)據(jù)。

當然，實驗成功率仍然受到細胞狀態(tài)的影響。QPatch能夠提供穩(wěn)定的實驗環(huán)境，但細胞本身的表達水平和健康狀態(tài)，依然是決定最終數(shù)據(jù)質量的重要因素。

總結：從技術能力到平臺選擇

總體來看，在37°C條件下完成穩(wěn)定的hERG記錄，不僅是實驗優(yōu)化的問題，更是藥物安全性評估理念升級的體現(xiàn)。隨著CiPA框架逐步推廣，實驗正從“是否阻斷”走向“在真實環(huán)境中如何作用”。

在這一過程中，自動膜片鉗技術的角色正在發(fā)生變化。從早期強調高通量篩選，到如今需要兼顧生理相關性與數(shù)據(jù)質量，平臺能力成為關鍵變量。而從本研究的結果可以看到，像QPatch這樣的自動膜片鉗平臺，已經不僅僅是一個“提高效率”的工具，更是在生理條件下獲取可靠數(shù)據(jù)的重要基礎設施。