IBN开发出用于检测肿瘤干细胞药物疗效的生物芯片

生物工程与纳米技术研究所(IBN，世界第一家生物工程与纳米技术研究机构)研究人员开发出一种可用于研究药物对肿瘤干细胞(CSCs)作用的微型生物芯片。这个新技术（近期发表于Nano Today）可促进更有效的肿瘤药物的开发。

在肿瘤组织中，CSCs可形成小而又截然不同的肿瘤细胞类型，它对化疗具有更强的抵抗性。同人类发现的组织干细胞相似，CSCs能产生和分化成不同的细胞类型。如果CSCs不被根除，它们能够重新入住肿瘤而导致癌症复发。因此，对研究人员来说，了解抗癌药物对CSCs的效果极为重要。然而，因为CSCs太稀少（约占癌症细胞的1%）以致于传统的药物筛选方法阻碍了对它们的研究，因为那些传统方法需要大量的样本容量，而且又慢又昂贵。

由IBN执行主任、教授Jackie Y. Ying领导的研究团队开发出一种称作微滴阵列（Droplet Array）的微型生物测定法，它可利用有限的样本进行更便宜、更快和更便捷的药物筛选。

传统的生物测定常用的是微孔板（可放置样本的多底井平板），而且每一个井至少需要2500或者5000个细胞才能得到有效的分析结果。相比之下，IBN的Droplet Array是一个排列出一连串直径为2毫米的小孔的长方形玻璃平板。当样本被移进这些小孔，它们看起来跟小水滴一样。然后利用一层专用油覆盖平板以预防蒸发和在清洗过程样本间的交叉污染。随同配备的台式全自动平板清洗设备也已经开发出来。每一小孔的大小仅为标准微孔板的1/5，而且IBN的Droplet Array筛选时每一点仅需要500个细胞。样本容量的大幅减少不仅节省费用，也对数量较稀少的靶细胞研究（比如，CSCs研究）特别有利。

利用Droplet Array，IBN研究人员研究从乳腺癌、肝癌和结肠癌细胞中提取的CSCs对药物的反应。研究发现，化疗药物（比如，常用于诱导肝癌细胞死亡的阿霉素）证实对肝脏CSCs疗效不佳。乳腺癌和结肠癌CSCs也表现出在抗癌药物作用下更强的存活能力。

我们利用动物研究对Droplet Array的发现进行验证。将肝癌的肿瘤干细胞和非肿瘤干细胞同时分别种植到两组大鼠。6周之后，种植CSCs的大鼠产生肿瘤，而没有CSCs的大鼠未长出任何肿瘤。从CSCs大鼠生长出的肿瘤也表现出血管形成，这证实这些细胞具有自我更新能力。

虽然CSCs耐药特性在近几年被广泛讨论，但是直到现在，确定它们的相互关系还是很具有挑战。利用Droplet Array，研究人员已成功证实CSCs可在化疗下幸存并且促进肿瘤转移。

Jackie Y. Ying教授说，“Droplet Array标志着纳米和芯片上实验室概念的重大突破，并且为加快药物筛选和开发提供有效的技术平台。不管是对学术还是对制药工业来说，将这项技术应用于研究，特别是肿瘤干细胞研究令人兴奋。我们希望这个发现能促进更有效的癌症药物的开发。我们也希望借助Droplet Array特性来补充/替代动物模型用于药物毒性测试，并且发展新的癌症诊断学。”

为了方便使用而设计的这种微型生物芯片能兼容现有的实验室仪器，比如平板读取器和显微镜，这样能减少采用新技术时的装配成本和减少购买额外设备的需要。当前IBN第一家子公司Curiox生物系统私人有限公司正对Droplet Array技术的产品DropArray(TM)进行商业化。