无细胞蛋白表达技术在实际应用中也存在一些技术短板。由于反应体系缺乏活细胞的代谢调控机制，能量供应和原料再生效率较低，导致反应持续时间较短（通常只维持4-6小时），限制了蛋白产量的进一步提升。同时，该技术对反应环境高度敏感，温度波动、氧化应激或污染物都可能影响蛋白合成效率，这对实验操作的稳定性提出了更高要求。此外，虽然CFPS能表达传统细胞系统难以生产的毒性蛋白，但对于需要复杂折叠或多亚基组装的蛋白（如某些膜蛋白或超大分子复合物），其成功率仍然有限。芯片级体外蛋白表达体现较前沿的进展。内源蛋白表达浓度
B淋巴细胞抗原CD19是一种跨膜糖蛋白，为B细胞恶性zhong Liu生物标志物、CAR-T等疗法理想靶点，包含单个跨膜螺旋（292-313）、天然信号肽（1-20）、胞外N端结构域（ECD）和胞内C端结构域（ICD）。其ECD有两个通过二硫键连接的免疫球蛋白样C2型结构域，ICD有多个无序区域。生产CD19，尤其是ECD对开发新的B细胞淋巴瘤Zhi liao方法十分重要。然而，ECD素来有“难表达”的特点，会导致表达滴度低、蛋白质错误折叠和聚集，阻碍了对细胞表面分子的详细分子研究。在本应用中，我们利用eProteinDiscovery系统的可溶性标签选择功能和无细胞混合物，在24小时内筛选了192种表达条件，优化了可溶性CD19蛋白的生产（如图1所示）。我们成功表达并纯化了全长CD19、ECD和ICD。筛选完成后，在24小时内将适合条件进行放大，可生产微克级的蛋白质，从而实现了Zhi liao研究所需复杂蛋白质的提效生产。本应用为表达其他具有跨膜结构域、二硫键和高度无序区域的“难表达”蛋白质提供了参考。内源蛋白表达浓度添加 2 mM 镁离子可使 大肠杆菌体外蛋白表达产量提高 60%。
在生物医药领域，体外蛋白表达技术主要服务于三大方向：诊断试剂开发： 通过冻干裂解物与靶标基因预装系统，实现传染xing bing原体抗原的现场即时合成与检测；蛋白质工程优化： 构建突变体文库并并行表达筛选，快速获得热稳定性/催化效率提升的酶变体；药物靶点验证： 表达跨膜受体等复杂蛋白，用于配体结合实验及抑制剂高通量筛选；合成生物学元件构建： 作为人工合成细胞的he xin模块，驱动无细胞基因回路实现自我维持的蛋白表达。该技术明显加速了从基因序列到功能蛋白质的研究转化周期。
在中国，无细胞蛋白表达技术（CFPS）的推广面临he xin原料依赖进口的挑战。商业化裂解物、高效能量再生系统等关键试剂仍以Thermo Fisher、Merck等国际品牌为主，国产替代品在活性和稳定性上存在差距，导致成本居高不下。此外，无细胞蛋白表达技术工艺的规模化放大技术尚未成熟，反应体系均一性、产物收率等问题限制了其在GMP生产中的应用。尽管国内科研机构（如中科院、清华大学）在基础研究上取得突破，但产学研转化效率较低，缺乏类似Synthelis的专注无细胞蛋白表达技术的本土企业，难以形成完整的产业链条。添加 0.1% Triton X-100 使疏水蛋白的体外表达可溶率达90%。
在合成生物学中，无细胞蛋白表达技术是构建人工细胞和基因电路的he xin工具。研究人员通过混合不同物种（如大肠杆菌+哺乳动物）的裂解物，创建杂合翻译系统，以实现跨物种蛋白的协同合成。该技术还支持无细胞基因线路的快速原型设计，例如将CRISPR组分与报告蛋白共表达，用于体外诊断工具的开发。由于摆脱了细胞膜的限制，CFPS可直接整合非生物元件（如合成聚合物或纳米材料），推动人工合成生命和生物-非生物杂合系统的前沿研究。无细胞蛋白表达技术可快速表达膜蛋白（如GPCRs、离子通道）用于药物靶点研究，解决了此类蛋白在细胞内难表达、易沉淀的问题。在诊断领域，基于CFPS的体外转录-翻译系统被整合到便携式设备中，用于现场检测病原体核酸（如埃博拉病毒），实现“样本进-结果出”的快速诊断。此外，该技术还能合成定制化抗原，用于抗体库筛选或个性化cancer疫苗开发。大肠杆菌裂解物的高翻译效率可支持100μg/mL级蛋白产量，但是缺乏糖基化修饰能力。GPCR蛋白表达上调
添加硒代甲硫氨酸的体外蛋白表达实验，直接获得 X 射线晶体学级硒标记蛋白。内源蛋白表达浓度
提升体外蛋白表达效能的关键技术路径包括：裂解物工程化改造： CRISPR敲除核酸酶/蛋白酶基因增强稳定性，或过表达分子伴侣（如GroEL/ES）改善折叠；能量再生系统强化： 耦合葡萄糖脱氢酶与ATP合成酶模块，实现ATP持续再生；膜蛋白表达突破： 添加脂质纳米盘（Nanodiscs）提供类膜环境，促进跨膜结构域正确折叠；高通量筛选适配： 微流控芯片实现万级反应并行运行，单次筛选规模超越传统细胞方法。这些策略共同推动该技术向 更高效率、更低成本、更广适用性演进。内源蛋白表达浓度
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