1993 年，美國生物化學家 Kary Mullis 因發明高效複製 DNA 片段的“聚合酶鏈式反應（PCR）”方法而獲得諾貝爾化學獎。

透過 PCR 使 DNA 的複製和合成變得像程式碼的複製貼上一樣簡單高效。但是，要想設計全新的 DNA 序列仍然不是一件簡單的事情，過去最先進的技術是使用化學合成法構建 DNA 鹼基，過程繁雜，費時費力且成本高昂。

隨後，一些公司開始了基於酶的研究，透過它來構建 DNA、RNA 以及蛋白質，用於開發疾病療法、疫苗等，其中就包括生物技術初創公司 Nuclera。

近日，Nuclera 在 B 輪融資中籌集了 4250 萬美元，用於開發桌面“蛋白質 3D 印表機”，同時進一步加速生物列印技術的研發，並將該技術推向市場。

圖｜Nuclera 公司（來源：Nuclera官網）

據瞭解，Nuclera 是一家專注於開發 DNA 與蛋白質合成的生物技術公司，總部位於英國，由三位劍橋大學博士生於 2013 年共同創立。2018 年 11 月，該公司完成了 1130 萬美元的 A 輪融資。

得益於其獨家開發的蛋白質 3D 列印技術，Nuclera 在此次新一輪融資中吸引了許多新的和已有的機構和戰略投資者，包括 M&G、Amadeus Capital Partners、E Ink、RT Partners、Future Planet Capital、British Business Bank Future Fund，以及 GK Goh。

24 小時內即可完成特定蛋白質“列印”

Nuclera 開發的新型桌面蛋白質 3D 印表機名為“eProtein”，是一個具有創新性的快速蛋白質原型設計和發現平臺，可在 24 小時內實現蛋白質列印，比現有的蛋白質合成方法要快得多。

根據官網介紹，eProtein 的生物墨水是細胞提取物，即無細胞蛋白質合成系統。使用者可以同時在哺乳動物、昆蟲、植物和細菌細胞中篩選蛋白質表達系統。

圖｜Nuclera 聯合創始人兼執行長 Michael Chen（來源：Nuclera官網）

“現如今的生物技術存在生產力問題，生物技術專家需要知道如何製造蛋白質來設計藥物，這就像計算機專家希望知道如何構建計算機來設計軟體一樣。” Nuclera 聯合創始人兼執行長 Michael Chen 表示。

Michael Chen 從喬治亞理工學院獲得化學學士學位，並在劍橋大學和國立衛生研究院獲得化學博士學位，在核酸化學與蛋白質表達和結晶學領域研究方面有十餘年的經驗。

圖｜研究人員正在使用 Nuclera 開發的蛋白質 3D 印表機（來源：Nuclera官網）

據瞭解，eProtein 能夠大幅提高研究人員建立研究蛋白質間相互作用所需樣本的速度，不僅可以幫助加速藥物發現，而且可以更輕鬆、更符合人體工程學地方式實現。未來，eProtein 將有望拓寬藥物發現所需的蛋白質模型的可及性，這對於更好地理解和治療疾病至關重要。

“讓藥物發現變得容易的關鍵是讓蛋白質變得更容易獲得。因此，我們希望我們的客戶能夠將這種印表機放在試驗檯上製造蛋白質，確定蛋白質的特徵，並在單一平臺上發現針對這些蛋白質的藥物。”Michael Chen 指出。

據悉，Nuclera 起初打算將 eProtein 定位於研究和藥物發現的客戶群體，因為它能夠完全滿足這些客戶群體的蛋白質生產和篩選需求，然後再將其技術整合到一個功能更廣泛的系統中。

利用其最新籌集的資金，Nuclera 接下來將開始佈局“全方位蛋白質組學平臺”計劃，儘管該公司尚未透露該印表機將採用的確切形式，但它表示該系統將統一蛋白質表達和表徵，以提高科學可重複性，加速藥物發現，併為不斷擴大的生物經濟做出貢獻。

以“數字微流體”為基礎達成跨界合作

Nuclera 開發的 eProtein 基於該公司的“eDrop 數字微流體技術”，該技術也是 Nuclera 與 E Ink 合作的核心。

E Ink 是全球電子紙產業的龍頭，其採用麻省理工學院多媒體實驗室開發的電子墨水技術。電子墨水為一種液態材料，所以被形象地稱為電子墨“水”。在這種液態材料中懸浮著成百上千個與人類髮絲直徑差不多大小的微囊體，每個微囊體由正電荷粒子和負電荷粒子組成。E Ink 開發的數字微流體使得微囊體能夠在帶有一組絕緣電極的平臺上分配、移動、儲存、混合、反應或分析。

早在 2018 年，E Ink 就與 Nuclera 進行跨界合作：在 E Ink 的數字微流體裝置上引入 Nuclera 專有的生物聚合物合成技術。與傳統微流體中的物理通道不同，數字微流體使用電子訊號引導微滴。當與 Nuclera 生物聚合物合成相結合時，這種技術能使使用者在臺式裝置上對蛋白質或 DNA 列印進行數字程式設計。雙方在合作之初，就計劃在 2022 年實現商業化。

去年 5 月，E Ink 宣佈將旗下美國子公司的數字微流體部門併入 Nuclera 在美的子公司，E Ink 也一躍成為 Nuclera 最大的戰略股東。未來， E Ink 將繼續提供合成生物列印系統的關鍵電子元件。

圖｜“eDrop 數字微流體”3D生物列印技術（來源：Nuclera 官網）

“eDrop 技術有效地使篩選哺乳動物、昆蟲、植物和細菌細胞的過程更為方便，這之前需要大量資金和實驗室裝置才能實現。這項技術有潛力解決生物技術的生產力問題，以及未來的臨床挑戰。”Michael Chen 說道。

蛋白質列印技術的發展使得研究人員能夠在實驗室中列印所需要的特定蛋白質，這也使藥物發現變得容易。“免疫療法是一種用於癌症和其他人類疾病很有前景的治療手段。”他解釋稱，“從本質上來看，免疫療法只是被注入體內的一種蛋白質。如果我們可以使用它以分散式方式來製造藥物，不一定在中央製造工廠，而是在醫院、診所甚至家庭環境中。”

DNA 和蛋白質合成技術是解決人類發展重大問題的關鍵

在生物製造、化工醫藥、農業生產等領域，都離不開最基礎的 DNA 和蛋白質合成技術，從這個意義上講，DNA 和蛋白質的合成技術解決的正是能源危機、環境汙染、食物短缺等關乎人類未來發展的重大問題。在全球範圍，與 Nuclera 類似的 DNA 和蛋白質合成裝置開發商的還包括 DNA Script 和 CureVac 等。

據瞭解，DNA Script 是一家位於法國的生物技術初創公司，成立於 2014 年。今年 1 月，該公司宣佈完成了 2 億美元 C 輪融資，截至目前融資總額已達 3.35 億美元。

DNA Script 開發了一種新型、快速和多功能的核酸設計和製造方法，使用專有的無模板酶技術製造合成 DNA，並於去年 6 月首次推出了名為“Syntax”的平臺，是一臺由水基溶液中的酶驅動的自動化核酸印表機。

“Syntax 印表機”可按需生產合成 DNA 的寡核苷酸，合成寡核苷酸的速度較快，具體耗時則由 DNA 鏈長度決定，比如合成 96 個寡核苷酸需 6-13 個小時。

Syntax 可以有效減少等待樣品的延遲時間和降低成本，幫助研究人員加快研究速度。目前，DNA Script 正在與診斷分析領域的開發人員合作，設計工具，幫助研究人員深入研究重要的科學問題，比如治療脫髮等。

圖｜Syntax平臺（來源：DNA Script官網）

CureVac 是一家位於德國的生物製藥公司，成立於 2000 年。該公司擁有自己的內部核苷酸序列庫，可以將各種 mRNA 片段組裝成所需的治療劑而無需對 RNA 進行額外的化學修飾。目前，CureVac 正在開發一款名為“RNA 印表機”的行動式 mRNA 列印裝置，可以幫助醫院提供個性化治療或者應對大流行病等。

CureVac 不僅與拜耳、GSK、比爾和梅琳達蓋茨基金會等建立了合作伙伴關係，還與哈佛大學、耶魯大學和基因編輯公司 CRISPR Therapeutics 等高校公司開展合作，利用其 mRNA 技術構建功能性定製蛋白質，開發基於蛋白質的療法。