体外药物评估在新药开发领域具有加速药物筛选、提高药物安全性的作用，对个体化医疗具有重要意义。但传统药物评估过程中，药物递送方法依赖于细胞和药物的共同培养，药物分子通过被动扩散的方式被细胞内化（>数小时）和细胞活力测量（>1天）的限制，这构成了临床药物筛选和开发的障碍。因此，快速、准确地药物评估的新技术仍具有广泛的需求。
该研究报告了一种纳米电穿孔-DNA张力传感生物芯片，由纳米电穿孔递送模块和DNA张力传感检测模块组成。两模块之间通过拼图式的结构组装，增强了器件的灵活性，允许模块的独立设计和替换，提供个性化定制的可能，以及支持系统的扩展和升级
为验证纳米电穿孔介导的药物输送的速度、效率和安全性，首先建立了一个细胞物理模型，分析了纳米通道上细胞周围的电场和电势分布（图2a-c）。结果显示，当施加的系统电压在10V-40V范围内时，会产生＞1V的跨膜电势（细胞膜内外的电势差），成功地在细胞膜上进行了电穿孔。与此同时，纳米通道具有聚焦电场的功能（图2b），确保在低电压下有足够的电泳力将药物分子推入细胞内。随后验证了纳米电穿孔递送模块较高的安全性（98%）和高效的递送效率（90%）（图2d-f），同时将细胞内递送速度提高了103倍，药物内化时间缩短至～3秒。
在纳米电穿孔递送模块完成药物递送后，细胞被消化后沿着微流道进入DNA张力传感器模块。该DNA张力传感器通过修饰的胆固醇自发地嵌入细胞膜。在药物的刺激作用下，一旦细胞力学变化超过DNA张力传感器预设的力的阀值，DNA张力传感器发生结构性变化，导致荧光信号的产生。通过分析细胞力学特性的变化情况进而分析细胞的活性。在此，我们使用DNA张力传感器模块评估了在不同浓度（0、20、40、60和80 μg/mL）下紫杉醇药效。其结果和CCK-8试验对于细胞存活率的定量结果一致，确认了这一DNA张力传感器用于细胞存活评估的可靠性
最后，以抗肿瘤药物DOX作为药物模型，并采用A549细胞（人类非小细胞肺癌）作为细胞模型进一步验证了NDT平台的功能性。结果显示，NDT介导的药物递送，在1分钟内可观察到DOX（红色荧光信号）被成功递送进细胞内（图3a-b）。而且，在同一药物浓度的情况下，基于纳米电穿孔技术的NDT平台能有效地提高了细胞的药物内化率。同时，DNA张力传感器模块能够以荧光信号的强弱直接、快速（＜30分钟）地反映药物刺激下细胞活性的变化情况（图3c-e）。而传统试验需要> 24小时才能进行一轮药物评估。研究结果证明了该平台具有高速、高效和安全性，是一种简单而强大的临床药物筛选工具。
来源：传感器专家网