质粒是存在于细胞质中的一类独立于染色体的双链DNA分子，能够持续稳定地游离于染色体外自主复制，也能在一定条件下可逆地整合到宿主染色体上随染色体的复制而复制，是基因克隆中最常见的载体。由于质粒可以携带外源目的基因用于基因治疗药物的开发，也是病毒载体、mRNA、CAR-T等细胞与基因治疗药物的基本原料；同时“裸”质粒DNA也被作为治疗的终产品，显示出较好的应用前景。
目前已经有三款裸质粒基因治疗药物上市，且截止2022年4月份The journal of gene medicine的统计结果，全球范围内质粒DNA基因治疗药物的临床试验共开展482个，占基因治疗临床试验总量的14.7%。由此可见，行业对质粒DNA的需求量不断上升。
与其他生物药相比，质粒DNA基因治疗药物开发时间较短，在制备工艺、产业化方面仍存在技术瓶颈，且其活性成分为质粒DNA，转染效率低、目的产物表达量低、质粒构象不稳定等特点都给药物开发带来了很大挑战。我们需要如何打造一个高效的质粒DNA研发和质控实验室呢？
质粒DNA基因治疗药物的药学开发主要包括：重组质粒构建，工程菌筛选，发酵，纯化以及质量控制等方面，相关的仪器设备如下图所示：
在质粒的构建中，可以采用贝克曼库尔特的Biomek自动化工作站整合Echo纳升级声波移液系统，美谷分子仪器的QPIX以及SpectraMax i3x多功能酶标仪完成高通量自动化的目的基因构建、涂布、克隆挑选、质粒提取、浓度测定以及NGS序列鉴定，可以帮助研发人员从繁琐、重复的操作中解脱出来，获得可重复、高质量的结果，提高工作效率。
质粒构建的自动化整合系统
Biomek i系列工作站搭配CosMCPrep 磁珠法试剂盒可实现高效的质粒提取纯化，也能搭配工作站实现柱法质粒提取的高通量提取。工作站搭配DART软件包能有效提高样本信息收集与追踪的效率。
贝克曼库尔特Biomek 工作站
进行质粒提取的流程
目前质粒的生产中，发酵工艺水平不足，质粒的产率、超螺旋比例不高，对核酸疫苗、病毒生产效率与质量有重大影响。贝克曼库尔特的BioLector-XT微流控高通量微型生物反应器可以在微孔板上进行高通量完整的微生物工艺控制，具有在线测量生物量、荧光、pH和溶氧值(DO) 等数据的功能，同时还能通过微阀控制器和微流控孔板控制 pH 和补料速率，并可成功放大到1- 20L搅拌式生物反应器上，用于大肠杆菌的菌种筛选及培养条件优化。
贝克曼库尔特的BioLector-XT
微流控高通量微型生物反应器
在质粒的抽提和纯化中，离心机是常用的设备，贝克曼库尔特的ALLEGRA V-15R台式离心机，设计小巧、性能强劲，宽度和深度仅为60.5cm x 63.5cm，体积比同类型号缩减28%，可配备10个可选转头，适用于不同体积的质粒菌液收集的工作，还可选配滚轮推车，将离心机轻松移动至所需之处。
贝克曼库尔特的ALLEGRA V-15R台式离心机
在质粒的精制纯化中，贝克曼库尔特的Optima XPN系列超速离心机搭配NVT 100/90/65 近垂直转头（k因子小，可大大缩短离心时间），采用CsCl密度梯度离心可实现mg级到g级无内毒素超螺旋构象质粒的纯化，提高后续转染效率。
贝克曼库尔特的Optima XPN系列超速离心机
目前，多种先进技术已用于获得纯化的质粒DNA产品，相应地，质粒的质控要求也越来越严格，需要通过多种检测项目使其满足合规性要求，一般需要对质粒做如下检测项目：
SCIEX的毛细管电泳PA 800 Plus制药分析系统，结合激光诱导荧光检测器（LIF）和dsDNA 1000试剂盒，可以对不同长度的质粒进行超螺旋、开环以及线性结构的高效分离，并能准确计算超螺旋百分比，用于质粒的纯度检测。PA 800 Plus同时还能对质粒的酶切结果进行分析，确认序列的正确性。
SCIEX的PA 800 Plus对质粒的
三种拓扑结构进行分析
美谷分子仪器的SpectraMax i3x 多功能酶标仪，拥有全波长光吸收、荧光、化学发光和FRET检测功能，还可根据需要随意升级至荧光偏振FP、HTRF、AlphaScreen、Western Blot、细胞成像和带有注射器模式下的快速动力学检测等，在质粒的质控中可满足质粒含量、宿主残留蛋白、内毒素等多种检测需求。
MD的SpectraMax i3x
采用PyroGene 重组因子C
试剂盒进行内毒素检测
对于质粒的研发和质控实验室，还有哪些好仪器可以上榜，欢迎留言与我们交流。
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