生物工程师保罗·布莱尼发明了促进生物医学研究的新工具

微流体学是一门通过通道操纵少量液体的科学，它已广泛应用于基因组学等领域，帮助实现了高速测序。几年前，保罗·布莱尼(Paul Blainey)开始思考，为什么微流体学不能用于药物筛选，这是另一个需要快速分析大量样本的应用。

这个问题促使他和他的学生开发了一种新型微流体平台，在这种平台上，液滴被密封在小井里，从而克服了阻碍先前努力的药物泄漏问题。这个系统在药物筛选方面表现良好，但它最终也被用于许多其他应用，远远超出了布莱尼最初的设想。

“我爱科学的一件事——你可以思考为什么不微流体为化学,做更多然后你开发的东西原来有这些真正令人兴奋的用途和应用程序没有人想象,“Blainey说,麻省理工和哈佛大学的一员,一个新终身在生物工程系副教授。

Blainey的实验室采取了广泛的方法来解决技术问题，导致在过去几年许多前沿工具的发展，应用领域从基因组学到诊断和药物开发。他认为，他的学生帮助他想出了新技术的点子，并在他们找到可行的方法之前，一直在寻找替代方向。

他说:“这个实验室今天所知的主要研究方向和技术平台，就是在这个过程中产生的。在这个过程中，我和学生们有了一个疯狂的想法，然后实验室就在这个想法上进行了研究，并经历了各种曲折。”

工程所吸引

布莱尼的父亲是一家电话公司的技术员，母亲是一位护理学教授。他回忆道:“我一直是那种喜欢做模型的孩子。”然而，他开始了他的科学学术生涯，在华盛顿大学主修化学和数学。他后来在哈佛大学(Harvard University)获得了物理化学博士学位，但在攻读学位期间，他被与工程最密切相关的科学领域所吸引。

他说:“我真的很喜欢分析化学，它非常像一门工程学科，因为它专注于仪器、测量和化学的定量方面。”

完成博士学位后，他去了斯坦福大学(Stanford University)，在生物工程学教授斯蒂芬·奎克(Stephen Quake)的实验室里做博士后。在那里，2007年，他与安装在学术实验室的首批高速下一代基因组测序仪之一合作。

“结果是我学到了测序技术和基因组学，我学了一点细菌遗传学，我学了微流体技术，我真的开始欣赏这些东西是如何相互作用的，”Blainey说。

在斯坦福大学，他对环境微生物进行了单细胞基因组测序，但他想把研究重点转向生物医学和人类细胞，于是他申请了布罗德研究所(Broad Institute)的教职。在来面试之前，他以为自己会更喜欢住在西海岸，但这次麻省理工的访问改变了他的想法。

他说:“尽管我曾在哈佛读研究生，但我对麻省理工知之甚少。”“我去了波士顿，这超出了我的预期。布罗德研究所及其周边机构的科学和合作潜力非常明显。”

当布莱尼成为布罗德研究所的一员时，他还加入了麻省理工学院的生物工程系，重新燃起了他对工程学的长期兴趣。他创办实验室的目标是开发能够对生物医学研究产生重大影响并广泛传播的生物技术。

他说:“我们感兴趣的是找到开发技术的机会，以填补生命科学研究组合中的关键空白。”“我们有机会与人们交谈，了解他们的需求，了解生物研究在哪些方面得到了科技的良好服务，并试图找到可能与我们的工具包或我们可以发明的新东西重叠的空白。”

填充空白

Blainey认为需要新技术的一个领域是筛选潜在的药物化合物。筛选药物的一大挑战是确保每种化合物都有足够的量来测试大量的单细胞。研究人员没有使用微流体学来帮助这些筛选，因为药物分子往往会从微流体设备中使用的微小液滴中泄漏出来。

布莱尼的研究生托尼·库莱萨(Tony Kulesa)想到了一个解决这个问题的新方法，那就是把纳米升液滴密封在微流体芯片上的一组小孔中。这防止了药物泄漏，并启用了大规模的屏幕。

这项技术对于筛选单个药物和药物组合非常有用。在2018年发表的一篇论文中，研究人员表明，这个系统可以用来识别有助于现有抗生素更好工作的化合物。布罗德研究所目前正在启动一个由国家过敏和传染病研究所资助的新中心，这个平台将被用于寻找具有抗菌活性的其他化合物。

后来证明，这个系统可以用于各种各样的实验，包括测试许多不同的细胞或分子组合的相互作用。

在一个项目中，布莱尼与麻省理工学院(MIT)物理学副教授杰夫•戈尔(Jeff Gore)合作，将不同种类的细菌混合在液滴中，研究它们之间的相互作用。他还用它创造了一个基于crispr的诊断技术的新版本，叫做Sherlock，之前是由布罗德研究所的其他几个实验室开发的。液滴阵列平台允许在同一时间对多个样品进行测试，并同时测试许多不同的疾病。

Blainey最近开发的另一种技术，称为光池筛选，允许研究人员检查基因如何影响复杂的细胞过程，具有空间和时间分辨率。这项技术在10月17日的《细胞》(Cell)杂志上发表，它将大规模汇集的基因筛选与基于图像的细胞行为分析相结合。

Blainey的实验室继续寻找可以从技术创新中受益的新领域，同时也在为他们已经开发的工具寻找潜在的应用。

“我们的天线对这些一般类型的技术壁垒非常敏感，如果你能想出强有力的通用解决方案，它真的能解开很多东西。但我们也很高兴能利用我们已经开发出来的工具对生物学进行更深入的研究，”他说。“这有点像草根政治——你真的必须走出去，在人行道上四处奔走，展示它可以被用在不同的地方。”