Science子刊：纳米手术工具——癌症突破的关键

一项新的研究表明，一种开创性的纳米手术工具——比人类头发细500倍左右——可能会对癌症研究产生革命性的影响，并使人们对治疗耐药性有更深入的了解，这是其他技术无法做到的。

　　

由利兹大学的科学家开发的高科技双管纳米吸管，首次应用于癌症的全球医学挑战，使研究人员能够看到单个活癌细胞对治疗的反应和随时间的变化，这为帮助医生开发更有效的癌症药物提供了至关重要的理解。

该工具有两个纳米针头，这意味着它可以同时从同一个细胞中注射和提取样本，扩大了它的潜在用途。该研究显示，该平台的高水平半自动化大大加快了这一过程，使科学家能够从更多的单个细胞中提取数据，其准确性和效率远远高于以前。

目前，研究单个细胞的技术通常会破坏它们，这意味着一个细胞可以在治疗前或治疗后进行研究。

这种设备可以在接受癌症治疗的过程中反复对活细胞进行“活组织检查”，在不杀死细胞的情况下，从细胞内容物中提取微小的提取物，使科学家能够观察细胞随时间的反应。

在这项研究中，由生物学家和工程师组成的多学科团队使用胶质母细胞瘤(GBM)——最致命的脑肿瘤——作为测试案例，测试了癌细胞对化疗和放疗的耐药性，因为它具有适应治疗和存活的能力。

他们的研究结果发表在《Science Advances》杂志上。

重大突破

该论文的通讯作者之一、利兹大学医学院脑癌生物学副教授Lucy Stead博士说:“这是一个重大突破。这是我们第一次拥有一种技术，可以监测治疗后发生的变化，而不是仅仅假设它们。这种类型的技术将提供我们以前从未有过的理解层。而这种新的理解和见解将为我们的军械库带来对抗所有类型癌症的新武器。GBM是最需要这些新武器的癌症，因为20年来这种疾病的生存率没有任何改善。我们认为这是因为这些肿瘤具有高度的‘可塑性’，它们能够适应治疗并存活下来。这就是为什么我们能够动态地观察和描述这些细胞的变化是如此重要，所以我们可以绘制出这些细胞的旅程，然后找到方法在每一个转折点阻止它们。我们现有的技术根本无法做到这一点。”

变革

Stead博士领导着圣詹姆斯医院利兹医学研究所的神经胶质瘤基因组学研究小组，该小组致力于治疗GBM脑肿瘤。她补充说:“这项技术可能会改变这种特殊的癌症，帮助我们最终找到这种可怕的、无法治愈的疾病的有效治疗方法。”

这项研究主要由脑肿瘤慈善机构资助，前利兹足球运动员多米尼克·马泰奥是该机构的知名支持者之一。马泰奥没有GBM，但在2019年接受了切除脑瘤的手术。

脑肿瘤慈善机构的首席科学官 Simon Newman博士说:“我们知道胶质母细胞瘤细胞对治疗的反应不同，通常会产生治疗耐药性，从而导致复发。这项新技术的发展，可以在治疗前后从实验室培养的肿瘤细胞中提取样本，将为研究耐药性如何发展和导致肿瘤复发提供独特的见解。“我们希望这项由脑肿瘤慈善机构资助的重要工作将提高我们对这些复杂脑肿瘤的认识，并使我们能够找到新的、更有效的治疗方法——这是那些面临这种毁灭性疾病的人迫切需要的。”

这项研究的研究人员在72小时内研究了单个GBM细胞。他们使用的是纳米手术平台，它太小了，无法用手操作。这些微小的针头由机器人软件精确控制，操纵它们进入培养皿中的细胞位置。纳米吸管的第二根针在控制设备方面起着重要作用。

该设备允许科学家反复取样，以研究单个细胞的疾病进展。分子生物学的许多研究都是在细胞群上进行的，给出的是一个平均结果，而忽略了每个细胞都是不同的这一事实。

一些细胞在治疗过程中死亡，但其他细胞存活。找到治疗方法的关键是了解是什么让一个细胞存活下来，而死亡的细胞发生了什么。

前所未有的精度

研究报告的主要作者、伦敦帝国理工学院医学院的研究助理Fabio Marcuccio博士在利兹进行了这项研究，他说:“我们的设备可以研究脑癌细胞随着时间的推移适应治疗的方式，精确度前所未有。该工具将提供数据，可以显著改善癌症治疗和预后。这项工作证明了创建一个跨学科团队来应对我们这个时代最大挑战的重要性。”

癌细胞的可塑性——细胞改变其行为的能力——是癌症治疗中最大的挑战之一，因为人们对它的了解仍然很少。GBM癌细胞特别具有“可塑性”:它们可以非常迅速地适应，这被认为有助于它们对放疗和化疗产生耐药性。了解这些细胞是如何适应的，然后我们如何阻止它们，可以防止癌症复发，这几乎总是发生在GBM身上。

至关重要

该论文的另一位通讯作者、联合负责人、利兹电子与电气工程学院生物纳米技术副教授Paolo Actis博士已经研究纳米活检工具大约15年了，他说，与原来的范围相比，它的新功能提供了“显著的优势”。没有被化疗杀死的癌细胞会使癌症重新生长并导致死亡。

“我们的工具可以精确定位这些细胞，我们现在可以对它们进行活组织检查，这样我们就可以专门研究那些在治疗中存活下来的细胞是如何变化的。这一点至关重要，因为我们对细胞的变化了解得越多，我们就能开发出更多的药物来阻止它们适应。”

需要进行进一步的研究，将这项技术应用于实验室和人类的更多样本，但它已经产生了非常有价值的信息。

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