来自新加坡生物工程与纳米技术研究所的研究人员开发出一种微型芯片技术来研究药物对癌干细胞的影响。这项技术有望促进人们开发出更加有效的抗癌药物。
在肿瘤中,CSCs形成一小部分不同类型的更加抵抗化疗的癌细胞。类似于在人组织中发现的干细胞,CSCs能够产生和分化为不同类型的癌细胞。如果CSCS不能被根除,那么它们能够重新入驻肿瘤中,并导致癌症复发。因此对研究人员而言,理解抗癌药物抵抗CSCs的效果是非常重要的。然而,因为CSCs极其稀少,它们大约占肿瘤中全部癌细胞的1%,所以对它们的研究一直受阻于常规药物筛选方法,这是因为常规药物筛选方法需要大量生物样品,而且耗时和成本高昂。生物工程与纳米技术研究所(IBN)行政主管Jackie
Y. Ying教授领导的一个研究小组开发出一种被称作微滴芯片的微型生物检测方法以便利用有限的样品来开展更加便宜、更加快速和更加方便的药物筛选。
在传统的生物检测方法中,人们经常使用微孔板---含有多个用于放置样品的孔的平板
---,而且每个孔需要放置至少2500或5000个细胞以便进行有效的分析。作为对比,IBN开发的微滴芯片是一块长方形的平板,在它上面分布着一系列直径为2毫米的点。用移液管将样品加入到这些微小的点上,使得它们看起来像微滴那样。接着,这块平板被包被一层特殊的油以便阻止在清洗期间样品蒸发和样品微滴之间发生的交叉污染。研究人员也开发出一台与之配套的台式设备来对平板进行自动化清洗过程。在IBN开发出的微滴芯片上每个点的大小是标准微孔板上一个孔的五分之一,只需要500个细胞就可进行药物筛选。这种样品量的大幅减少不仅节省资金,而且特别便于研究数量稀少的靶细胞,如CSCs。
IBN研究人员利用微滴芯片来研究从乳腺癌、肝癌和结肠癌中提取的CSCs对药物产生的反应。他们发现化疗药物,如通常诱导肝癌细胞死亡的阿霉素,对肝癌中的CSCs效果不佳。来自乳腺癌和结肠癌的CSCs也拥有更大的能力来抵抗抗癌药物。
开展的动物研究也证实在微滴芯片上取得的发现。来自肝癌中的CSCs和非CSCs同时被移植到两组不同的小鼠体内。6周之后,接受CSCs移植的小鼠产生肿瘤,而接受非CSCs移植的小鼠则不产生任何肿瘤。从接受CSCs移植的小鼠中提取的肿瘤也表现出血管形成,从而证实CSCs拥有自我更新的性质。
最近几年,CSCs的抗药性被人们广泛地讨论过,但是直到现在,量化这种抗药性一直是个挑战。IBN研究人员利用微滴芯片成功地证实CSCs能够抵抗化疗和促进肿瘤转移。
Jackie Y.
Ying教授说,"微滴芯片标志着纳米技术和实验室芯片方面的一项重大突破,并提供一种有效的平台来加速药物筛选和开发。特别令人激动的是,这种技术能够被学术界和制药行业用来开展癌干细胞研究。我们希望这项发现将促进人们开发出更有效的抗癌药物。我们也希望利用这种微滴芯片的性能来补充或替换用于药物毒理学测试的动物模型和开发出新的癌症诊断方法。"
这种易于使用的微型生物芯片能够兼容于现存的实验室设备如酶标仪和显微镜,从而降低适应这种新技术所需购买的额外设备的成本。这种微滴芯片技术当前正被IBN的第一家子公司Curiox生物系统私营有限公司作为产品DropArray来进行商业化。
