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近年来,中枢神经系统类药物的研发进展缓慢,大多数体外疗效好的候选药物在临床试验中却无法渗透通过血脑屏障或难以扩散至脑部靶组织,从而极大影响了疗效。因此,构建体外模型以提前对候选药物的血脑屏障渗透性、细胞毒性等性质进行评价,可极大地提高中枢神经系统类药物的研发效率。其次,代谢组学技术常用于研究药物的作用机制,并对药物筛选及结构优化都有着很重要的意义。因此,本论文通过构建微流控芯片和代谢组学平台以研究药物的渗透性、细胞毒性和作用机理等药理学性质,具体内容如下:1、构建了一个模拟血脑屏障和脑部三维结构的微流控芯片平台,并直接用于评测药物渗透通过血脑屏障的能力和对靶向脑细胞的毒性效果。hCMEC/D3细胞动态培养于微通道的半透膜上,以重现体内血脑屏障模型的特性,并用于药物渗透性评测。神经胶质瘤U251细胞则三维培养于琼脂凝胶中以用于后续的药物毒性实验。渗透性实验中,先用微固相萃取芯片(μSPE)对模型药物——舒尼替尼进行除盐和富集,再将药物洗脱后导入质谱(ESI-Q-TOF MS)中进行在线测定。最后,舒尼替尼测得的渗透率为(5.57±0.52)×10-5cm s-1,与文献报道一致,且整个分析过程仅需约30分钟和5微升样品。药物毒性的结果也更接近体内数据,这表明三维培养的脑组织细胞模型可进一步模拟药物在脑部组织中的扩散和细胞毒性。总体而言,该平台可同时表征中枢神经系统类药物的血脑屏障渗透率和对脑部靶点的疗效,并有望用于药物的高通量筛选。2、近期研究发现,夫拉平度对细胞的作用机理十分复杂,不仅会诱使增殖细胞发生细胞周期阻滞,还会诱发静息细胞凋亡。然而,此前的研究只关注于特定的基因或蛋白而无法合理地解释该现象,所以我们通过代谢组学平台全面地研究夫拉平度的作用机制。首先,我们利用UPLC/Q-TOF MS平台筛选出显著的差异代谢物及其代谢通路,再结合传统生物学的方法对代谢紊乱的机制进行验证。最终分析结果显示,夫拉平度会诱使MCF-7细胞发生氧化应激和细胞周期阻滞从而影响其多个代谢通路,并最终导致癌细胞死亡。