發(fā)布日期：2017-03-21
想象一下未來(lái)某天一個(gè)病人去醫(yī)院檢查，確診后醫(yī)生為了確定適合他/她的納米藥物，就先給他/她注射了小劑量的包含數(shù)百種納米藥物的混合液，第二天從病變區(qū)取出組織進(jìn)行檢測(cè)，隨后便確定最適合的納米藥物并進(jìn)行治療……聽(tīng)上去似乎有點(diǎn)天方夜譚，但是研究人員的最新研究卻正在向著這樣的個(gè)性化治療目標(biāo)邁進(jìn)，他們利用了一種叫做DNA條形碼的技術(shù)進(jìn)行納米藥物的篩選，以期實(shí)現(xiàn)個(gè)性化治療。那么DNA條形碼是什么呢？事實(shí)上，DNA條形碼就是一段核苷酸序列，可以通過(guò)PCR進(jìn)行擴(kuò)增以及基因測(cè)序的方法進(jìn)行解碼。通過(guò)使用DNA條形碼標(biāo)記納米藥物，研究人員可以找出最佳的治療藥物以及確定不同納米顆粒的分布。
2016年底，來(lái)自以色列理工學(xué)院的Avi Schroeder教授課題組在Nature Communications 上發(fā)表了一篇有關(guān)抗腫瘤納米藥物個(gè)性化治療的研究論文，他們采用了DNA條形碼技術(shù)對(duì)包載不同抗癌藥物的脂質(zhì)體納米藥物的抗癌療效進(jìn)行了預(yù)測(cè)及驗(yàn)證[1]。
目前臨床使用的抗癌藥物篩選主要通過(guò)取出病人腫瘤組織進(jìn)行體外培養(yǎng)或者移植到免疫缺陷小鼠身上，然后再測(cè)試藥物敏感性，但是由于腫瘤環(huán)境的復(fù)雜性，這種方法耗時(shí)久、操作復(fù)雜、準(zhǔn)確率不高。為了解決這些問(wèn)題，Schroeder等人提出了使用DNA條形碼這一技術(shù)在單細(xì)胞層面來(lái)標(biāo)記、追蹤和評(píng)估納米抗癌藥物的效果。
圖1. DNA條形碼技術(shù)預(yù)測(cè)不同納米藥物抗癌療效流程圖。圖片來(lái)源：Nat. Commun.
因?yàn)橹|(zhì)體納米藥物已經(jīng)在臨床使用，可以有效富集到腫瘤組織提高藥物抗癌療效，研究人員用脂質(zhì)體裝載不同抗癌藥物以及相應(yīng)的DNA條形碼（50-120對(duì)堿基對(duì)的DNA序列），形成多種100 nm納米顆粒。他們選擇了三種臨床使用的治療三陰性乳腺癌（TNBC）的藥物（阿霉素、順鉑、吉西他濱）在小鼠身上進(jìn)行了驗(yàn)證，一個(gè)藥物對(duì)應(yīng)一個(gè)條形碼，形成一個(gè)納米顆粒。通過(guò)體外細(xì)胞攝取實(shí)驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)這種DNA條形碼可以在單細(xì)胞水平進(jìn)行檢測(cè)和定量分析（圖2）。
圖2. DNA條形碼可以在單細(xì)胞水平進(jìn)行檢測(cè)。圖片來(lái)源：Nat. Commun.
隨后，為了檢測(cè)這種條形碼納米顆粒是否可以預(yù)測(cè)抗癌藥物的抗癌療效，他們將3種包載不同藥物的脂質(zhì)體及2個(gè)對(duì)照組脂質(zhì)體（一個(gè)包載咖啡因、一個(gè)不包載化合物）混合在一起，按照低于臨床給藥劑量的1/1000注射到生長(zhǎng)TNBC的小鼠體內(nèi)，48小時(shí)后取出部分腫瘤組織并酶解為單細(xì)胞懸液，采用流式細(xì)胞術(shù)將死細(xì)胞、活細(xì)胞分開(kāi)收集并制成細(xì)胞裂解液，提取其中的DNA條形碼進(jìn)行擴(kuò)增并定量檢測(cè)。
為了定義藥物的抗癌療效，他們將死細(xì)胞中含量高的藥物定義為療效好的藥物，活細(xì)胞中含量高的藥物定義為療效差的藥物，以死細(xì)胞中的某個(gè)DNA條形碼含量/活細(xì)胞中的該DNA條形碼含量定義細(xì)胞對(duì)藥物的敏感性，比值越高表明細(xì)胞對(duì)該藥敏感性越高，亦即該藥療效越好。結(jié)果發(fā)現(xiàn)吉西他濱對(duì)應(yīng)的DNA條形碼在死細(xì)胞中的含量遠(yuǎn)高于在活細(xì)胞中的含量，這意味著吉西他濱的抗癌療效最好（圖3）。那么事實(shí)上是不是這樣的呢？
圖3. 使用條形碼納米顆粒預(yù)測(cè)多種藥物的抗癌療效。圖片來(lái)源：Nat. Commun.
為了驗(yàn)證條形碼納米顆粒的預(yù)測(cè)結(jié)果是否準(zhǔn)確，他們進(jìn)行了小鼠治療實(shí)驗(yàn)。結(jié)果如圖4所示，吉西他濱的治療效果果然是最好的：腫瘤體積、質(zhì)量均為最小，腫瘤中細(xì)胞凋亡數(shù)量也最多。這表明DNA條形碼納米顆粒是快速預(yù)測(cè)抗癌藥物抗癌療效的有效診斷技術(shù)，檢測(cè)所需時(shí)間短、操作簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確率高。
圖4. 不同納米藥物的抗癌療效與預(yù)測(cè)結(jié)果高度吻合。圖片來(lái)源：Nat. Commun.
Schroeder教授認(rèn)為這種新技術(shù)不僅有助于篩選最佳抗癌藥物，還為研究腫瘤對(duì)不同藥物的耐藥性提供了新方法。同時(shí)，他也說(shuō)道：“我的想法更實(shí)際：我們的研究能夠如何幫助病人呢？目前的研究結(jié)果讓我很興奮，但是我們還需要做更多工作將我們的技術(shù)發(fā)展成為公眾唾手可得的產(chǎn)品，但是我相信在不久的將來(lái)這項(xiàng)技術(shù)一定可以進(jìn)入臨床。”
盡管如此，對(duì)于納米藥物而言，藥物的體內(nèi)篩選固然很重要，但是納米顆粒性質(zhì)的體內(nèi)篩選或許更重要，因?yàn)榧{米顆粒的性質(zhì)決定了納米藥物在各個(gè)組織器官中的富集量，這也就直接決定了藥物療效及副作用。同時(shí)，納米顆粒性質(zhì)的體內(nèi)篩選更加繁瑣，因?yàn)榧{米顆粒的組成不僅涉及組成分子的種類(lèi)不同，還涉及相應(yīng)分子的分子量、親疏水鏈段比例、不同組分比例等等，數(shù)量之多，數(shù)不盡數(shù)！因此要進(jìn)行體內(nèi)篩選實(shí)在是耗時(shí)耗力耗小鼠，篩不起啊。
為此，來(lái)自佛羅里達(dá)大學(xué)、佐治亞理工學(xué)院和麻省理工學(xué)院的研究人員采用相似的原理和方法成功解決了納米顆粒體內(nèi)篩選的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了快速高通量篩選。他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明利用DNA條形碼技術(shù)可以在一只小鼠體內(nèi)同時(shí)篩選30種納米顆粒，快速準(zhǔn)確地比較不同納米顆粒不同時(shí)間在不同器官中的富集量，同時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性很好，因此極大地節(jié)省了篩選所需資源（尤其是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物資源），相關(guān)研究成果于今年2月發(fā)表在PNAS上，通訊作者包括大家熟知的大神Robert Langer教授[2]。
圖5. 利用DNA條形碼高通量篩選納米顆粒的流程示意圖。圖片來(lái)源：PNAS
毫無(wú)疑問(wèn)，DNA條形碼技術(shù)將為納米藥物的發(fā)展帶來(lái)巨大的進(jìn)展，為藥物及納米顆粒的快速準(zhǔn)確篩選帶來(lái)了希望，允許研究人員在臨床給藥劑量的1/1000以下水平同時(shí)進(jìn)行多種藥物、多種性質(zhì)納米顆粒的體內(nèi)定量研究。如果再結(jié)合上微流控納米顆粒制備技術(shù)，納米顆粒從制備到篩選將不再是問(wèn)題，這勢(shì)必將加速納米藥物的開(kāi)發(fā)和優(yōu)化，促進(jìn)納米藥物的臨床轉(zhuǎn)化。
參考文獻(xiàn)
1. Yaari Z, Da Silva D, Zinger A, et al. Theranostic barcoded nanoparticles for personalized cancer medicine. Nat. Commun., 2016, 7, 13325, DOI: 10.1038/ncomms13325
2． Dahlman J E, Kauffman K J, Xing Y, et al. Barcoded nanoparticles for high throughput in vivo discovery of targeted therapeutics. PNAS, 2017, 114, 2060-2065, DOI: 10.1073/pnas.1620874114
來(lái)源：X一MOL資訊（微信號(hào) X-molNews）
