受早期胚胎發(fā)育結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，何曉明教授和王海研究員利用微流體器件制備“核-殼”結(jié)構(gòu)微球，將單個腫瘤細(xì)胞培養(yǎng)在納米級水凝膠形成的核中，篩選到極少量具有高度成瘤能力和分化能力的腫瘤干細(xì)胞，通過生物學(xué)特性分析篩選到多個潛在治療靶點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：單細(xì)胞篩選，腫瘤干細(xì)胞，微流體，治療靶點(diǎn)

腫瘤干細(xì)胞（cancer stemcell）是腫瘤異質(zhì)性群體中具備分化功能和成瘤能力的一類細(xì)胞，由于其具有極強(qiáng)的耐藥性，被認(rèn)為是腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移的主要元兇之一。雖然腫瘤干細(xì)胞對于腫瘤的治療非常重要，但是人們對腫瘤干細(xì)胞的生物學(xué)特性卻了解甚少。傳統(tǒng)的表面標(biāo)志物分離或者懸浮培養(yǎng)方法都存在一定的缺陷，如利用不同表面標(biāo)志物分離同一種腫瘤干細(xì)胞，獲得的細(xì)胞群體的重合度卻非常低；懸浮培養(yǎng)方法本身促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡的程度有限等。因此，如何在大量的腫瘤異質(zhì)性群體中分離少量腫瘤干細(xì)胞并在培養(yǎng)過程中維持其細(xì)胞干性是腫瘤干細(xì)胞研究領(lǐng)域的一大難點(diǎn)。

國家納米科學(xué)中心王海研究員和美國馬里蘭大學(xué)何曉明教授針對這一問題進(jìn)行了長期的研究，依靠腫瘤干細(xì)胞可以單細(xì)胞存活和增值的特性，利用微流體器件制實(shí)現(xiàn)了單細(xì)胞包載和培養(yǎng)。通過這種“label-free”的方法，分離到腫瘤細(xì)胞群體中極少量可以單細(xì)胞存活的細(xì)胞群體。受早期胚胎發(fā)育結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，該研究團(tuán)隊(duì)制備了“核-殼”結(jié)構(gòu)微球模仿早期胚胎的結(jié)構(gòu)，從而培養(yǎng)過程中盡量維持腫瘤干細(xì)胞的干性。通過RNA-Seq測序分析、激光共聚焦熒光成像、流式細(xì)胞分析等手段，確認(rèn)分離培養(yǎng)的細(xì)胞群體，相對于傳統(tǒng)的懸浮培養(yǎng)方法，具有更高的干性基因表達(dá)、更強(qiáng)的DNA修復(fù)能力和抗凋亡能力、更強(qiáng)的耐藥性和較慢的細(xì)胞增值速率。進(jìn)一步分析顯示，單細(xì)胞技術(shù)分離培養(yǎng)的細(xì)胞群體在內(nèi)皮細(xì)胞分化、心肌分化、成骨分化和神經(jīng)分化過程中，可以表現(xiàn)出更強(qiáng)的分化能力，證明其干細(xì)胞特性。同樣在連續(xù)三代的小鼠成瘤實(shí)驗(yàn)和轉(zhuǎn)移瘤實(shí)驗(yàn)中，分離培養(yǎng)的細(xì)胞群體具有更強(qiáng)的成瘤能力和轉(zhuǎn)移能力，顯示腫瘤干細(xì)胞在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的重要作用。最后，針對腫瘤干細(xì)胞難治療的現(xiàn)狀，研究團(tuán)隊(duì)也詳細(xì)分析了腫瘤干細(xì)胞生物學(xué)特性，提出了一系列潛在的治療靶點(diǎn)，為腫瘤干細(xì)胞的治療提供新的解決方案。

相關(guān)結(jié)果發(fā)表在AdvancedScience  (DOI: 10.1002/advs.202000259)上，國家納米科學(xué)中心王海研究員和美國馬里蘭大學(xué)何曉明教授為文章的共同通訊作者。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202000259

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