-中科院能源所開發(fā)腫瘤單細(xì)胞藥敏檢測新方法

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重水飼喂單細(xì)胞拉曼光譜腫瘤藥敏快檢技術(shù)D2O-CANST-R
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腫瘤藥敏性檢測方法學(xué)是抗癌藥物評價(jià)和篩選的前提，也是臨床化療方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。
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中科院青島生物能源與過程研究所單細(xì)胞中心開發(fā)了基于拉曼組的腫瘤單細(xì)胞藥敏檢測新方法D2O-CANST-R，具有快速、低成本、單細(xì)胞器精度、識別耐藥細(xì)胞、體現(xiàn)抗癌機(jī)制、可對接單細(xì)胞分選和測序等特色，為癌細(xì)胞-藥物互作研究、抗癌藥物篩選等提供了新手段。1月13日，該成果發(fā)表于《分析化學(xué)》。
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腫瘤藥敏檢測方法有利于藥物研發(fā)和精準(zhǔn)用藥
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化療在惡性腫瘤的治療手段中占據(jù)重要地位，如使用得當(dāng)，單純或輔助化療即可根治部分腫瘤；對于一些晚期腫瘤，化療也可用于姑息性治療。然而，各種腫瘤類型間或不同患者個(gè)體間，其藥物應(yīng)激反應(yīng)均存在顯著差異，而且化療過程中耐藥細(xì)胞的產(chǎn)生會大大削弱抗癌藥物療效。因此，快速、低成本、可識別耐藥細(xì)胞、揭示藥物應(yīng)激機(jī)制的腫瘤藥敏檢測方法，對于抗癌藥物研發(fā)和臨床精準(zhǔn)用藥均至關(guān)重要。
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記者了解到，目前，主流腫瘤藥敏檢測方法有比色法、生物發(fā)光法、熒光分析法等，這些方法通常依賴于終點(diǎn)檢測，即區(qū)分細(xì)胞死活，但其中藥物對癌細(xì)胞的“代謝抑制”程度卻難以定量、特異性地測量。同時(shí)，基于細(xì)胞群體反應(yīng)的檢測手段，難以檢測癌細(xì)胞群體中極個(gè)別的耐藥細(xì)胞。這些“害群之馬”在正常環(huán)境下沒有生長優(yōu)勢，卻耐受高濃度藥物，因此可能造成腫瘤死灰復(fù)燃，導(dǎo)致臨床化療的失敗。
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針對此瓶頸問題，單細(xì)胞中心Maryam Hekmatara等以人乳腺癌細(xì)胞株（MCF-7）和雷帕霉素的互作為例，開發(fā)了重水飼喂單細(xì)胞拉曼光譜腫瘤藥敏快檢技術(shù)（D2O-CANST-R）。
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結(jié)合腫瘤細(xì)胞拉曼組采集和多元曲線分辨—交替最小二乘法分析算法（MCR-ALS），研究人員證明，在1~3天的藥物處理后，D2O-CANST-R能特異性地基于“代謝抑制”檢測腫瘤藥敏性，并能在細(xì)胞核、細(xì)胞胞質(zhì)、脂質(zhì)體等單個(gè)細(xì)胞器的分辨精度，追蹤和區(qū)分其中蛋白質(zhì)與脂質(zhì)的合成速率和代謝變化，從而揭示藥物作用機(jī)制。脂質(zhì)和蛋白質(zhì)代謝的高度活躍，是腫瘤細(xì)胞快速增殖的重要原因。因此，上述能力對于抗癌藥物的機(jī)制研究和篩選具有重要價(jià)值。
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發(fā)明核心器件 ? 研制藥敏快檢新方法
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基于前期單細(xì)胞中心提出的“拉曼組”（ramanome）和“藥物應(yīng)激拉曼條形碼”（RBCS）等概念，研究人員還揭示了真核生物（人乳腺癌細(xì)胞和酵母細(xì)胞）之間、細(xì)胞器之間、藥物濃度之間、藥物處理時(shí)長之間、生物大分子代謝途徑之間等，在單細(xì)胞精度代謝應(yīng)激機(jī)制上的深刻異同。因此，D2O-CANST-R還具有高時(shí)空分辨率、信息量豐富、揭示代謝層面機(jī)制等特色。
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此外，該方法還發(fā)現(xiàn)，在高劑量雷帕霉素（500或5000×IC50）處理后，仍存在保持較高代謝活性的癌細(xì)胞，即耐藥細(xì)胞。D2O-CANST-R識別腫瘤耐藥細(xì)胞和測定耐藥異質(zhì)性的能力，對于藥物機(jī)制研究、抗癌藥物評價(jià)和篩選等具重要意義，也具備輔助精準(zhǔn)化療方案設(shè)計(jì)的潛在能力。
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單細(xì)胞中心前期針對臨床抗感染用藥，提出了“重水飼喂單細(xì)胞拉曼藥敏快檢”原理，引入了“最小代謝活性抑制濃度”（MIC-MA）這一衡量藥敏性的新概念，發(fā)明了“單細(xì)胞光鑷微液滴拉曼分選”（RAGE）和“單細(xì)胞微液滴流式拉曼分選”（RADS）等核心器件，研制成功“臨床單細(xì)胞拉曼藥敏快檢儀”（CAST-R）和單細(xì)胞拉曼分選—測序耦合系統(tǒng)（RACS-Seq）等；并針對臨床樣品，證明了單個(gè)細(xì)菌細(xì)胞精度同時(shí)測定抗生素藥敏表型和高覆蓋度基因組的可行性。本工作是上述單細(xì)胞技術(shù)體系針對人體細(xì)胞與藥物互作的拓展，不僅將服務(wù)于腫瘤藥物研發(fā)、腫瘤精準(zhǔn)用藥等，而且為腫瘤單細(xì)胞分選和多組學(xué)研究提供了一條新的技術(shù)路線。
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該工作由該所研究員、單細(xì)胞中心主任徐健主持完成，得到了國家重大科學(xué)儀器研制項(xiàng)目（基金委）和中科院前沿局人才項(xiàng)目等資助。
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相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.0c03925



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