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作者:丁香园网友Docofsoul《每日科学》2011年9月1日报道——由瑞士联邦理工学院(ETH)Yaakov Benenson教授与麻省理工Ron Weiss教授率领的研究小组成功地将生物“计算机”诊断网络导入人类细胞。该网络有识别某些肿瘤细胞的能力,利用五种肿瘤特异性分子因子的逻辑组合,进而触发肿瘤细胞毁灭过程。http://img1.jiansuo.net/cms/upload/userfiles/image/2011/09/04/1315042501_small.jpg细胞微机布线图:所有五种因子必须处于相应的正确状态,由此触发细胞死亡(图片来源:y Benenson Y. 教授 R. Weis教授)开发活体细胞内运作的生物电脑,是ETH苏黎世分院合成生物学教授Yaakov (Kobi) Benenson孜孜以求的目标,其职业生涯的大部分时间都倾注于此。他想建立既能侦测细胞生存状况、又能在细胞异常时对相应信息进行处理以提供合适的治疗响应的生物微机。目前,通过与麻省理工教授Ron Weiss以及团队成员(包括博士后学者Zhen Xie 与 Liliana Wroblewska、博士生Laura Prochazka)合作,他向这一目标迈出了重大一步。这一研究成果已发表于《Science》(见本文所附参考文献),论文介绍了一种多基因合成“电路”;此电路负责鉴别正常细胞与肿瘤细胞、继而进一步摧毁肿瘤细胞。其工作方式是:对细胞内五种肿瘤特异性分子因子及其出现频率进行抽样与综合;只有当所有这些因子在细胞内同时出现时,该电路才会作出正识别响应。这种方式使得侦测肿瘤的准确率非常高。研究者希望这一成果能够为高特异性抗癌治疗奠定基础。对肿瘤细胞的选择性破坏本研究对实验室培养的两种类型人类细胞进行了基因网络测试:海拉细胞(子宫颈癌细胞)与正常细胞。当基因生物微机被导入这两种不同的细胞类型时,只有海拉细胞被摧毁,而正常细胞则安然无恙。当然,取得这一结果需要做大量的基础工作。首先必须找出海拉细胞特有的分子组合。Benenson及其他小组成员在属于小RNA分子(MicroRNA或miRNA)这一类化合物的分子中找,终于确认其中一个miRNA组合(或者说“可识别属性”)只有海拉细胞才有,其它健康细胞类型内则不存在。发现这种可识别属性是一项颇具挑战性的任务。人体内既存在250种不同的健康细胞类型,此外也存在为数众多的肿瘤细胞的变异型(其中数百种可作实验室培养)。但miRNA多样性则更是不让须眉花样繁多,人类细胞中已得以描述的即达500到1000不同种类。Benenson指出:“每种健康或病损细胞类型都有其不同的miRNA分子处于开放或关闭状态。”可识别肿瘤属性中的五种因子确立一种miRNA“可识别属性”与发现一组症状以可靠诊断一种疾病有所不同。教授说:“一种症状,比如说发热吧,不可能由此概括出一种疾病。医生获得的信息越多,其诊断才越可靠。” 一年半前他从哈佛大学到ETH后,研究小组找到了几种因子,可由此可靠地将海拉细胞从所有其它健康细胞中鉴别出;结果表明,仅仅五种特定miRNA的组合(其中某些以高水平出现,某些则以极低水平出现)就足以将海拉细胞从其混迹的健康细胞中揪出来。与微机运作相似的网络Benenson介绍说:“这些miRNA因子在细胞内进行逻辑代数运算;该生物微机运用诸如‘与’与‘非’等逻辑操作将这些因子进行组合,并且,当全部因子的整体运算结果为逻辑‘真’值时,只产生所需要的结果——那就是细胞死亡。” 确实,研究者已经能够显示该网络在活体细胞内可以非常稳定地运作,可正确组合所有细胞内因子并给出正确的诊断。Benenson认为,这一成果代表该领域的一项重大成就。动物模型与基因疗法该研究小组想在下一步在合适的动物模型上测试该细胞计算方法,以期在未来创建诊断与治疗工具。这听起来可能象科幻小说,但Benenson相信其可行性;不过,仍有不少棘手的问题需要解决。比如,如何有效、安全地将外源基因导入细胞?这种DNA递送在目前情况下颇具挑战性。尤其是,该方法需要将外源基因暂时而不是永久导入细胞。现有的病毒导入法或化学导入法均未充分开发,需要进一步完善。Benenson说:“为人类提供一种功能完善的治疗方法还非常遥远。不过这一工作是重要的第一步,显示了单一细胞水平上这样一种选择性诊断方法具有可行性。”参考文献:1. Z. Xie, L. Wroblewska, L. Prochazka, R. Weiss, Y. Benenson. Multi-Input RNAi-Based Logic Circuit for Identification of Specific Cancer Cells. Science, 2011; 333 (6047): 1307 DOI: 10.1126/science.1205527
[align=center][font='times new roman'][size=16px]外[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]泌[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]体[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]富集及在肿瘤诊断中的作用[/size][/font][/align]外泌体是直径30-200 nm,由细胞内陷产生的具有磷脂双分子层结构的细胞外小囊泡,是细胞间通讯的重要介质。此外,由于其易于获取、高度稳定且在体液中广泛分布,外泌体已成为液体活检中最有前途的生物标志物[font='宋体']。[/font][align=left][font='times new roman'][size=16px]外[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]泌[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]体的生发与分布[/size][/font][/align]外泌体是具有磷脂双分子层结构的细胞外小囊泡,它携带原始母细胞重要的物质信息,能够反应原始细胞的一些重要信息。随着研究的深入,已有研究证实外泌体是通过细胞内陷产生的胞外囊泡,如图1-1所示,它是起源于细胞内吞系统中的多囊泡内体,通过出芽、内陷、多泡体形成和分泌等形成的一种具有磷脂双分子层结构的小泡,形态呈球形、扁形或杯状小体,直径为30-200 nm。此外,外泌体的分布非常广泛,几乎分布在所有的体液中,如血液,尿液,乳汁,汗液等。携带活性生物分子(蛋白质、核酸和脂质等)和他们的母细胞有相似的特征,这可能适用于正常细胞和病理细胞的鉴别。特别是,外泌体膜蛋白的水平与癌症的动态密切相关,从而为癌症诊断和治疗提供了新的机会预后。[img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/10/202310171529195086_7813_6197418_3.png[/img][align=center][font='黑体'][size=14px]图1.[/size][/font][font='黑体'][size=14px]1 外[/size][/font][font='黑体'][size=14px]泌[/size][/font][font='黑体'][size=14px]体的生发与组成[/size][/font][/align][align=left][font='times new roman'][size=16px]外[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]泌[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]体的通讯作用[/size][/font][/align]外泌体含有多种生物活性物质,这些被包裹的生物大分子可以在靶细胞中发挥一系列作用,是细胞间接通讯的重要媒介。外泌体与靶细胞间的信息传递主要通过三条途径实现:受体-配体相互作用;质膜直接融合;吞噬作用内吞。外泌体的生物学功能包括物质传递、信息交流、细胞增殖分化、血管生成、免疫调节等,在肿瘤发生发展、侵袭、转移、预后等过程中起重要的调控作用。肿瘤细胞较正常细胞分泌更多的外泌体,来源母细胞不同,所分泌的外泌体量与成分也不同。其次,由于其具有磷脂双分子层结构,生物学相对稳定,难于降解。外泌体的一个关键功能是将其内含物从供体细胞转运到受体细胞,使受体细胞的基因和表型修饰[font='宋体']。[/font][align=left][font='times new roman'][size=16px]外[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]泌[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]体的富集方法[/size][/font][/align]由于外泌体丰度相对较低且大分子干扰,高质量外泌体的分离仍然具有挑战性。基于不同的分离机制,已经提了各种分离方法。作为金标准的超速离心法在外泌体的分离中使用最广泛。其他策略,如免疫亲和的富集方法,微流控芯片等,这些方法大多依赖于抗体和适配体。分离的外泌体的质量和纯度受限于外泌体表面抗原等活性分子的缺失,失活和降解,并且不适合大规模捕获应用。[align=left][font='times new roman'][size=16px]外[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]泌[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]体与肿瘤[/size][/font][/align]肿瘤发病机制复杂,早期诊断困难,病程进展快,是严重威胁人类生命和社会发展的重大公共卫生问题。外泌体是由细胞分泌产生的纳米级囊泡,在肿瘤的发生发展、诊断和治疗方面发挥着重要作用。外泌体携带多种肿瘤相关因子,可以作为治疗靶点。外泌体以其天然的物质转运特性、相对较小的分子结构、优良的生物相容性及免疫原性低可避免被单核吞噬系统吞噬,可作为优良的药物载体,允许它们穿过生理病理屏障将其携带的物质递送到下面的组织。基于这些特性,越来越多的人关注外泌体在疾病特别是靶向治疗领域的研究[font='宋体']。[/font]
[align=left][font='calibri'][size=16px]外泌体[/size][/font][font='calibri'][size=16px]作为标志物用于肿瘤的早期诊断[/size][/font][/align][font='times new roman'][size=16px]外泌体是一种磷脂双层膜包裹的生物纳米颗粒,直径为[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]30-200 nm[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]。近年来,由于外泌体携带大量遗传物质,在介导细胞[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]-[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]细胞间通信中发挥重要作用,已成为液体活检最理想的分析目标。[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]肿瘤生物标志物的检测可以协助肿瘤的早期诊断和治疗。近年来,外泌体在肿瘤的发生发展过程中显示出重要的作用,逐渐成为重要的诊断生物标志物和治疗靶标。肿瘤来源的外泌体携带分子和基因载体,反映了肿瘤细胞的部分组成,广泛分布于血液和包括尿液在内的其他体液。这些外泌体可以作为一种微创的液体活组织检查,对肿瘤进行实时的非侵入性分析,帮助疾病的临床诊断。外泌体作为疾病诊断和预后的标志物,相比于传统的[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]miRNA[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]分子具有明显的优势。肿瘤细胞衍生的外泌体携带的[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]mRNA[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]、[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]miRNAs[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]和蛋白质等生物活性分子通常构成了肿瘤细胞的总蛋白质组或转录组的一部分,反映了亲本细胞的遗传信息。而且这些生物活性分子由于受到外泌体双层膜结构的保护使其在运输过程中不被降解。此外,这些外泌体在不同的储存情况下,包括在[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]4[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]℃下短期储存[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]96 h[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]或在[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]-80[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]℃下长期储存,都具有很强的活力。外泌体的这些特性使其成为癌症诊断、预后和治疗反应的重要监测指标。[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]多项体外研究表明,通过应用蛋白质组学和转录组学的方法,使用外泌体及其内容物和表面蛋白可以更早地发现癌症,从而提高预后和生存率[/size][/font][font='times new roman'][size=16px][43][/size][/font][font='times new roman'][size=16px]。结肠癌患者血浆标本中外泌体水平的提高与肿瘤细胞的整体存活率的下降有相当大的联系[/size][/font][font='times new roman'][size=16px][32][/size][/font][font='times new roman'][size=16px]。另一项研究表明,外泌体上的[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]CD24[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]、[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]EDIL3[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]和纤维连接蛋白被认为是早期乳腺癌的标志物。此外,在非小细胞肺癌的外泌体中,研究人员发现表皮生长因子受体([/size][/font][font='times new roman'][size=16px]EGFR[/size][/font][font='times new roman'][size=16px])、胎盘碱性磷酸酶([/size][/font][font='times new roman'][size=16px]PLAP[/size][/font][font='times new roman'][size=16px])和富亮氨酸的α[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]-2-[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]糖蛋白[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]1[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]([/size][/font][font='times new roman'][size=16px]LRG1[/size][/font][font='times new roman'][size=16px])的过表达。最近的报告显示,使用无标记的液相色谱[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]-[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]串联质谱([/size][/font][font='times new roman'][size=16px][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Yp][color=#3333ff]LC-MS[/color][/url]/MS[/size][/font][font='times new roman'][size=16px])检测前列腺癌患者的尿液,研究人员发现存在于尿外泌体中的[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]PCA3[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]和[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]TMPRSS2:ERG[/size][/font][font='times new roman'][size=16px]蛋白是潜在的生物标志物。这些发现表明从体液中分离得到的外泌体可能是肿瘤早期检测的重要非侵入性标记物。[/size][/font]