1月18日，記者從(cong) 中國科學院青島生物能源與(yu) 過程研究所獲悉，該所單細胞中心成功開發了基於(yu) 拉曼組的腫瘤單細胞藥敏檢測新方法D2O-CANST-R，具有快速、低成本、單細胞器精度、識別耐藥細胞、體(ti) 現抗癌機製、可對接單細胞分選和測序等特色，為(wei) 癌細胞-藥物互作研究、抗癌藥物篩選等提供了新手段。該科研工作成果於(yu) 近日發表於(yu) 《分析化學》（Analytical Chemistry）。該工作由該所徐健研究員主持完成。

腫瘤藥敏性檢測方法學是抗癌藥物評價(jia) 和篩選的前提，也是臨(lin) 床化療方案設計的基礎。

化療在惡性腫瘤的治療手段中占據重要地位，如使用得當，單純或輔助化療即可治療部分腫瘤；對於(yu) 一些晚期腫瘤，化療也可用於(yu) 姑息性治療。然而，各種腫瘤類型間或不同患者個(ge) 體(ti) 間，其藥物應激反應均存在顯著差異，而且化療過程中耐藥細胞的產(chan) 生會(hui) 大大削弱抗癌藥物療效。因此，快速、低成本、可識別耐藥細胞、揭示藥物應激機製的腫瘤藥敏檢測方法，對於(yu) 抗癌藥物研發和臨(lin) 床精準用藥均至關(guan) 重要。

據介紹，目前，主流的腫瘤藥敏檢測方法，如比色法、生物發光法、熒光分析法等，通常依賴於(yu) 終點檢測，即區分細胞死活，卻難以定量、特異性地測量藥物對癌細胞的“代謝抑製”程度。同時，基於(yu) 細胞群體(ti) 反應的檢測手段，難以檢測癌細胞群體(ti) 中極個(ge) 別的耐藥細胞；這些“害群之馬”在正常環境下沒有生長優(you) 勢，卻耐受高濃度藥物，因此可能造成腫瘤死灰複燃，導致臨(lin) 床化療的失敗。

針對此瓶頸問題，青島能源所單細胞中心Maryam Hekmatara等以人乳腺癌細胞株（MCF-7）和雷帕黴素的互作為(wei) 例，開發了重水飼喂單細胞拉曼光譜腫瘤藥敏快檢技術（D2O-probed CANcer Susceptibility Test Ramanometry；D2O-CANST-R；圖1）。結合腫瘤細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天的藥物處理後，D2O-CANST-R能特異性地基於(yu) “代謝抑製”檢測腫瘤藥敏性，並能在細胞核、細胞胞質、脂質體(ti) 等單個(ge) 細胞器的分辨精度，追蹤和區分其中蛋白質與(yu) 脂質的合成速率和代謝變化，從(cong) 而揭示藥物作用機製。脂質和蛋白質代謝的高度活躍，是腫瘤細胞快速增殖的重要原因，因此，上述能力對於(yu) 抗癌藥物的機製研究和篩選具有重要價(jia) 值。

基於(yu) 前期該所單細胞中心提出的“拉曼組”（ramanome）和“藥物應激拉曼條形碼”（Raman Barcode of Cellular response to stresses；RBCS）等概念，研究人員還揭示了真核生物（人乳腺癌細胞和酵母細胞）之間、細胞器之間、藥物濃度之間、藥物處理時長之間、生物大分子代謝途徑之間等，在單細胞精度代謝應激機製上的深刻異同。因此，D2O-CANST-R還具有高時空分辨率、信息量豐(feng) 富、揭示代謝層麵機製等特色。

該方法還發現，在高劑量雷帕黴素（500或5000×IC50）處理後，仍存在保持較高代謝活性的癌細胞，即耐藥細胞。D2O-CANST-R識別腫瘤耐藥細胞和測定耐藥異質性的能力，對於(yu) 藥物機製研究、抗癌藥物評價(jia) 和篩選等具重要意義(yi) ，也具備輔助精準化療方案設計的潛在能力。

該所單細胞中心前期針對臨(lin) 床抗感染用藥，提出了“重水飼喂單細胞拉曼藥敏快檢”原理，引入了“最小代謝活性抑製濃度”（MIC-MA）這一衡量藥敏性的新概念，發明了“單細胞光鑷微液滴拉曼分選”（RAGE）和“單細胞微液滴流式拉曼分選”（RADS）等核心器件，研製成功“臨(lin) 床單細胞拉曼藥敏快檢儀(yi) ”（CAST-R）和單細胞拉曼分選-測序耦合係統（RACS-Seq）等；並針對臨(lin) 床樣品，證明了單個(ge) 細菌細胞精度同時測定抗生素藥敏表型和高覆蓋度基因組的可行性（Xu T, et al, Small, 2020）。本工作是上述單細胞技術體(ti) 係針對人體(ti) 細胞與(yu) 藥物互作的拓展，不僅(jin) 將服務於(yu) 腫瘤藥物研發、腫瘤精準用藥等，而且為(wei) 腫瘤單細胞分選和多組學研究提供了一條新的技術路線。



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