面向单克隆抗体高效制备的低损伤、高通量细胞电融合关键技术与装备研发

1. 项目背景和技术挑战 (Background & Challenges)

单克隆抗体（Monoclonal Antibody, mAb）在生物医药领域被称作“魔法子弹”，它能很好地应用于肿瘤治疗、自身免疫疾病以及感染性疾病诊断中。但是，杂交瘤细胞融合技术作为单抗制备的核心环节，在很长一段时间内一直存在效率和活性之间的矛盾问题。

传统的聚乙二醇（PEG）化学融合法虽然操作简单，但是细胞毒性大、融合率低且批次稳定性差的问题。早期的电融合技术虽然提高了效率，但是也伴随着焦耳热效应造成的细胞膜不可逆损伤，并不能实现高通量连续生产。

本项目旨在突破上述瓶颈，利用微流控芯片设计和纳秒级脉冲电场控制的深度耦合来开发出一种具有自主知识产权、低损伤高通量细胞电融合装置，并为抗体药物源头发现提供工业级别的解决方案。

高标准洁净实验室环境下的细胞工程研究

2. 核心技术突破 (Key Technical Breakthroughs)

2.1 介电电泳（DEP）细胞精准排队技术

为了克服传统电融合中细胞随机接触导致的低融合作用问题，我们采用基于交流电场介导下的正压型（CPP）驱动方式进行处理。通过构建非均匀电场来利用B淋巴和骨髓瘤细胞在特定频率下不同的介电特性，在微电流通道之间产生紧密排列形成的“珍珠链”结构（Pearl-chain formation）。

技术创新点： 改善了正介电电泳（pDEP）参数，使细胞膜接触面积达到最大值，并且把接触时间控制在毫秒级别之内来减小长时间的电流暴露对细胞骨架的影响。

2. 2 纳秒级高压脉冲下低损伤穿孔机制

传统的电穿孔常常会造成细胞膜大面积的崩解。本项目开发了纳秒级双极性脉冲发生器，通过精确控制脉宽（ns量级别）以及上升沿时间，在细胞膜接触点上只形成可逆亲水性的纳米尺度结构即Nanopores。

数据支撑：实验表明，纳秒脉冲比微秒级脉冲更加精确地控制住细胞膜跨膜电位（TMP），使之接近临界击穿阈值附近大约 1V 左右，并且使融合后存活率从原来的40%提高到85%以上。

2.3 连续流微流控芯片设计

抛弃了传统的静态融合池设计，我们开发出一种利用PDMS/Glass复合材料的连续流微流控芯片。内部集成了流动力学聚焦单元来保证细胞以单个的方式穿过融合区，并且大大提高了处理能力。

3. 装备研发与系统集成 (Equipment Development)

利用上述核心技术，团队开发出了“H-Fusion Pro”系列高通量细胞电融合仪。该设备包含以下主要模块：

精密流体控制系统的系统构成主要包括以下部分：

可视化监控反馈系统： 实时显微成像，图像识别算法动态调节电场参数。

主动温控模块：采用帕尔贴（Peltier）效应来实时抵消电融合过程中产生的焦耳热，使细胞保持在生理温度37℃。

4. 实验验证及性能指标 (Validation & Results)

在对小鼠脾细胞和SP2/0骨髓瘤进行融合实验时，该设备表现出良好的性能指标。比较了传统的PEG法、电融仪以及本项目所用的装备：

5. 结论与展望 (Conclusion)

本案例所展示的低损伤、高通量细胞电融合技术，已经解决了单克隆抗体制备过程中的“瓶颈环节”。该方法的进步大大缩短了抗体重筛选的时间，并且通过提高杂交瘤细胞活力和多样性来增加发现具有较高亲合力稀有特异性的可能性。

未来，该技术平台将进一步拓展到全人源抗体开发以及细胞免疫治疗（如CAR-T转染）等领域，并加快生物制药装备的国产化替代速度。