小鼠畸胎瘤细胞

2022年5月4日，北京大学生命科学学院、生命联合中心邓宏魁课题组与李程课题组、北京大学医学部基础医学院徐君课题组在Cell Research杂志上发表了题为“Derivation of totipotent-like stem cells with blastocyst-like structure forming potential”的研究论文。该研究通过化学小分子筛选组合，建立了一个新的全能性干细胞培养条件，可以支持从小鼠二细胞胚胎及扩展型多能干细胞（EPS细胞）建立全能性干细胞系。这种新型全能性干细胞可在体外长期稳定培养，在分子特征和发育潜能上与小鼠二细胞胚胎高度相似，并且可以在体外被诱导形成在转录组水平上类似于体内囊胚的类囊胚结构。从左到右分别是李程、邓宏魁和徐君（来源：北京大学官网）如何在体外制备全能性干细胞，长期以来一直是干细胞领域的重要科学问题。在小鼠中，只有受精卵及二细胞胚胎具有全能性：单个细胞能够形成一个完整生命个体。随后发育形成的囊胚细胞可以被用于建立多潜能干细胞，滋养层干细胞及原始内胚层干细胞。然而，这些干细胞的发育潜能是受限的，无法同时发育到胚内和胚外组织。近年的研究发现：在小鼠多能干细胞群中存在极少量的表达小鼠二细胞胚胎分子标记MERVL的细胞，被称为二细胞样细胞（2-cell like cells），具有二细胞胚胎的部分分子特征(1)。然而，这种细胞无法在体外进行稳定的培养。此外，最近的研究发现，二细胞样细胞与体内二细胞胚胎仍存在较大差异，作为体外研究全能性的模型仍存在较大局限性（2）。北京大学邓宏魁团队长期以来致力于采用化学小分子调控的手段来建立调控干细胞的发育潜能的新方法（3-6）。2017年邓宏魁团队报道了一个新的小分子组合（LCDM），可以在人和小鼠中建立扩展型多能干细胞（EPS细胞）（4）。EPS细胞具有胚内胚外发育潜能，并且可以被诱导形成类囊胚（Blastoid）结构（7）。然而，与小鼠二细胞胚胎相比，这种细胞的分子特征与二细胞胚胎还有较大差异，细胞的胚外分化潜能也存在局限性，诱导获得的类囊胚结构中存在较高比例的中间态和中胚层样细胞（8）。最近北京大学杜鹏团队、中山大学王继厂团队等报道了全能性干细胞的诱导条件（9-10）。当前，如何直接自小鼠全能性胚胎建立全能性干细胞，仍是全能性干细胞研究的“金标准”。在本研究中，团队通过化学小分子高通量筛选，鉴定了能够在EPS细胞中诱导提高MERVL及Zscan4阳性细胞比例的化学小分子。通过进一步的组合优化，发现了一个可以将EPS细胞诱导为全能性干细胞的小分子组合CD1530，VPA，EPZ004777，CHIR 99021 (CPEC组合)，诱导获得的全能性干细胞能长期稳定地在体外培养。更为重要的是，CPEC组合可以在体外支持从小鼠二细胞胚胎直接建立全能性干细胞系。研究者将由CPEC组合支持建立的全能性干细胞命名为全能潜能干细胞（totipotent potential stem cells, TPS细胞）。研究者进一步从转录组、表观特征、嵌合能力等多个方面深入分析了TPS细胞的分子特征和发育潜能。他们发现TPS细胞在单细胞水平上表达大量的全能性特征基因，并且下调了多能性的分子标记。进一步的单细胞转录组分析发现，TPS细胞群中存在一个在转录组水平与中期二细胞胚胎高度相似的细胞亚群（约10%）。他们定量分析了TPS细胞、杜鹏团队报道的TBLC中的全能干细胞亚群、二细胞样细胞与二细胞胚胎的转录组相似度，发现TPS细胞中的全能干细胞亚群与二细胞胚胎的相似程度是最高的。ATAC-seq和全基因组甲基化分析也表明：TPS细胞具备了二细胞胚胎的表观修饰特征。在发育潜能分析方面，他们通过在不同发育阶段的单细胞嵌合实验证明了：单个TPS细胞具备了同时向胚内和胚外发育的能力。为了严格证明TPS细胞在体内的胚外发育潜能，他们对E17.5的嵌合胎盘进行了单细胞转录组分析，结果表明TPS来源的细胞可以分化形成多种胚外滋养层细胞类型。并且，他们发现tdTomato标记的TPS细胞与有GFP标记的受体胚胎形成的嵌合胎盘中，存在大量的tdTomato单阳性嵌合细胞，高表达滋养层细胞的分子标记，排除了由细胞融合导致的假阳性可能。这些结果表明了TPS细胞具备了与二细胞胚胎相似的分子特征和发育潜能。自组装形成类囊胚结构的能力是评估细胞全能性最为关键的功能性标准之一。研究者证明了通过调控早期胚胎发育的信号通路，可诱导TPS细胞高效形成类囊胚结构。单细胞转录组分析表明，TPS诱导的类囊胚结构中存在与小鼠E4.5囊胚中类似的上胚层、滋养外胚层、原始内胚层细胞，并且在转录组水平上高度相似。通过转录组数据的定量分析，研究者进一步比较了TPS-类囊胚结构中的滋养层细胞、小鼠滋养层干细胞/多能干细胞组合诱导类囊胚中的滋养层细胞，发现TPS-类囊胚结构中的滋养层细胞更类似于着床前囊胚中的小鼠滋养外胚层细胞。并且，不同于EPS细胞诱导的类囊胚结构，TPS-类囊胚结构中并不存在大量的中间态细胞及中胚层样细胞。将TPS来源的类囊胚结构植入体内后，可以诱导蜕膜化反应，但是仍无法像正常囊胚那样发育成个体，提示诱导类囊胚的方案仍需优化。最后，研究者分析了CPEC组合在TPS细胞中诱导和调控全能性的分子机制。他们发现抑制HDAC1/2和Dot1L的活性、以及特异激活RARγ通路，对TPS细胞的诱导和维持具有重要作用。有趣的是，当用CPEC组合的小分子联合处理小鼠二细胞胚胎时，他们发现这些小分子处理能在一定程度上帮助维持小鼠胚胎中的全能性分子标记的表达。这些结果表明HDAC1/2、Dot1L、RARγ通路的协同调控对于小鼠全能性调控的重要作用。综上所述，该研究利用化学调控的方法从小鼠二细胞胚胎中建立了新型的全能性干细胞，该细胞具有与二细胞胚胎相似的分子特征及双向发育潜能，能够形成与体内着床前囊胚更相似的类囊胚结构。这一工作不仅为体外研究全能性提供了更为合适和可靠的模型，而且朝着在不同哺乳动物物种中利用全能性胚胎捕捉、维持全能性干细胞的目标迈出了重要的一步。邓宏魁教授，李程研究员，徐君研究员是这一研究成果的共同通讯作者。北京大学徐亚星，赵晶薷，任奕璇，王旭阳和吕钰麟为该研究成果的第一作者。本工作获得了生命科学联合中心、国家重点研发计划项目、国家自然科学基金等支持。

小鼠原代海马神经元细胞的分离培养方法！海马体主要负责记忆和学习，日常生活中的短期记忆都储存在海马体中。神经元是构成神经系统结构和功能的基本单位。神经元具有长突起，由细胞体和细胞突起构成。小鼠海马神经元细胞的组织来源于实验小鼠的正常脑组织，因为海马神经元细胞类似于干细胞属于高分度分化的细胞特性，具有不能传代，不能增殖等特点，所有收到细胞后尽快使用。为了更好的服务于广大科研工作者，百欧博伟生物技术人员特提供了海马神经元细胞分离培养方法，技术因人而异仅供参考：1、试验所需仪器设备及试剂（1）仪器生物安全柜CO2细胞培养箱荧光倒置显微镜高速冷冻离心机电热恒温鼓风干燥箱（2）试剂耗材T25细胞培养瓶血球计数板细胞培养孔板红细胞裂解液神经元完全培养基0.25%胰蛋白酶（含0.02%EDTA）多聚甲醛（PFA）DAPITriton X-100山羊血清NSEGoat anti-Rabbit lgG（H+L）Cross-Adsorbed Secondary antibody，Alexa Fluor 594Fluoromount-G荧光封片剂2、分离培养方法1) 取1-10 d的新生小鼠。用75%的乙醇浸泡，2) 在冰浴的PBS中分离海马，PBS洗涤3次，剪碎，3) 用0.25% Trypsin + 0.1% Ⅰ型胶原酶37℃水浴振荡消化30min，4) 用FBS终止消化，轻轻吹打，5) 过100 μm 滤网，6) 收集滤液，300 g离心5 min，7) 用完全培养基重悬沉淀，铺瓶。3、免疫荧光3.1.实验步骤（1）细胞爬片取3片玻璃片于24孔板中，每孔加入培养基1mL，加入细胞0.02million个/孔。置培养箱2h或过夜。（2）固定细胞爬片后，吸出培养基，用PBS洗1遍，加入4% PFA于4℃固定30min。用PBS洗3×5min/次。也可最后一次不吸出PBS，放4℃过夜。（3）破膜封闭将玻片除去水分，置于培养皿支撑物上，玻璃片封闭液配置：0.5% Trition X-100与PBS 1:1混合，再加10% 血清，取50uL破膜封闭液滴于防水膜上，将玻片上有细胞的一面盖上2h。（4）一抗孵育一抗配制：抗体与PBS 1:100（200）稀释破膜封闭后，取50uL一抗于防水膜上（湿盒中），将玻片（有细胞的一面）盖上置于4℃（最多可放置一周）（5）二抗孵育室温避光孵育二抗（二抗:PBS=1:500）2h后，PBS洗3×5min/次，染DAPI（DAPI:PBS=1:1000）5min，PBS洗3×5min/次。（6）包埋玻片上各滴1滴Fluoromount-G，将有细胞的一面盖上。鉴定细胞为P1代细胞3.2.检测结果（1）细胞免疫荧光鉴定照片阴性100X-DAPINSE100X-DAPI（2）检验基本情况：经免疫荧光鉴定，该细胞纯度达到90%以上。除了上述的细胞分离方法以外，百欧博伟还有很多关于其他细胞的分离方法，想要学习的小伙伴可以来百欧博伟进行现场学习，如果想要其他原代分离培养方法，可打电话或咨询相关技术人员哦。

单细胞测序技术的发展日新月异，单细胞的研究已进入超高通量、超大数据研究阶段。华大智造自主研发的DNBelab C系列高通量单细胞RNA文库制备试剂盒（简称DNBelab C4）发布，助力突破单细胞研究门槛高、费用高的瓶颈，加速细胞分辨率下生命科学和医学新一轮的变革与发展，拥抱千万单细胞时代的到来。目前，应用华大智造DNBelab C4和DNBSEQ测序平台已开展百万单细胞项目十余项，发表SCI文章十余篇。2022年3月22日，国际顶级学术期刊《自然》（Nature）发表了基于华大智造单细胞利器DNBelab C4和DNBSEQ测序平台的科研应用。该研究助力科学家精确得到诱导全能干细胞（8CLC），并且通过细胞图谱分析证明了发育得到组织的多样性，证明了8CLC的全能性，最终获得了人类体外诱导的全能干细胞。这一研究的突破，正是得益于单细胞测序技术的进步与应用。在过去，研究人员可能要对成千上万个细胞进行处理和培养，才能获得全能干细胞，成功的概率只有不到百分之十五。基于华大智造自主开发的DNBelab C4，结合DNBSEQ测序平台，科学家可以以高灵敏度和高准确性的方法进行多维的单细胞分析，快速得到具有重要发育潜能的细胞，并研究这些细胞的发育去向。 利用8CLC发育的畸胎瘤组织充分证明8CLC的全能性 口袋里的单细胞实验室 每套试剂盒均带有一个小巧便携的DNBelab C4装置，无需电源，不需安装和维护，只需轻轻一拉便可实现单细胞液滴生成，堪称“可装进口袋的单细胞实验室”，简化了仪器的操作难度，并降低了单细胞研究的门槛。高效的磁珠捕获系统华大智造DNBelab C4采用自主设计的捕获磁珠，平均单个磁珠表面修饰有107条捕获序列，能够高效捕获目的分子；同时引入了自主研发的多磁珠识别技术，可有效提高细胞捕获效率以及获取细胞的完整信息。目前，DNBelab C4已经应用于人、鼠、猴、猪等十几个物种，超200种不同类型样本的单细胞转录组研究；单次实验有效捕获细胞数量1,000~12,000个，多胞率（Multiplet Rate）4,000（细胞系），每个细胞UMI中位数15,000个（细胞系）。投入细胞捕获效率捕获细胞数多胞率UMI中位数/细胞（细胞系）平均基因个数/细胞（细胞系）5,000~30,00030~60%1,000~12,0004,000单细胞研究一站式平台华大智造为单细胞测序提供一站式平台，包括自动化文库制备系统MGISP-100、MGISP-960和基因测序仪MGISEQ-2000、DNBSEQ-T7等，全面支持单细胞组学研究的快速展开。其中，自动化建库平台的搭建，有助力于节省人力、提高通量、减少操作失误。现已有部分研究机构和测序服务机构采用了该一站式平台进行了单细胞测序应用，测序结果表现优异。作为生命科技核心工具的提供者，在单细胞领域，华大智造致力于为所有生命科学实验室提供便携、经济、用户友好的单细胞组学全流程产品，助力行业开启规模化单细胞研究新时代。华大智造正在开展服务商认证，首批已认证三家服务商。

2022年8月，上海科技大学生命科学与技术学院杨扬团队与中国科学院自动化研究所韩华团队合作，在Cell Press细胞出版社期刊Cell Reports上以长文形式发表了题为“Fear memory-associated synaptic and mitochondrial changes revealed by deep learning-based processing of electron microscopy data”的研究论文，该研究通过对恐惧学习小鼠听觉皮层突触的三维电镜重建和大规模比较分析，探究了小鼠听觉皮层中与恐惧记忆相关的神经元突触等亚细胞结构的变化情况，并用模型分析方法揭示了突触连接模式变化引起的信息存储容量的大幅提升。中国科学院自动化研究所刘静助理研究员、上海科技大学生命科学与技术学院漆俊倩博士、中国科学院自动化研究所陈曦研究员和李贞辰博士生为本文的共同第一作者，杨扬研究员、韩华研究员、谢启伟教授为本文的共同通讯作者。大脑中的神经网络由神经元通过复杂的突触连接构成，神经元编码、处理和存储信息从根本上依赖于突触的连接模式以及在此基础之上的协调活动，解析突触的连接模式对理解大脑的结构与功能至关重要。在哺乳类动物大脑中，除了由单个轴突小结（axonal bouton）与单个树突棘（dendritic spine）形成的1-1型连接，即单位点突触连接外，大脑中的突触连接模式还包括由单个轴突小结与多个树突棘形成的1-N型连接，或多个轴突小结与单个树突棘的N-1型连接，统称为多位点突触（multiple-contact synapses，MCS）。此前，已有很多研究通过光学显微镜发现学习记忆可以改变突触的组织结构，由于突触间隙宽度仅有几十纳米（低于一般光学显微镜的衍射极限），因此在光学显微镜下观察突触结构的精细变化非常困难。与此同时，突触三维结构的光学数据获取和分析高度依赖于人工，更是极大限制了突触结构的重建数量和分析规模。为探究学习记忆如何促进突触多位点连接模式的形成及效果，本项研究以经典的听觉条件恐惧学习（auditory fear conditioning）为范式设置了实验组和对照组，基于大规模序列电子显微镜成像技术和深度学习识别模型，实现了电镜图像中多种亚细胞三维结构的自动提取，重构了小鼠听觉皮层135,000个线粒体和160,000个突触。实验组和对照组的大规模对比分析表明，尽管恐惧学习训练没有改变突触的空间密度与空间分布，却特异性地增加了1-N型突触的比例。进一步分析发现，绝大多数1-N型突触中的树突棘来自不同树突主干，并且这种多树突1-N型突触在神经元网络中能够起到信号广播的作用。为了进一步分析多树突1-N型突触的信息编码能力，本项研究建立了基于香农信息熵来计算突触信息存储容量（information storage capacity，ISC）的组合数学模型。在无新增突触的静态网络和包含新增突触的可塑性动态网络两种条件下，分别计算了引入多树突1-N型突触的ISC增量。在静态网络中，引入此类突触只是略微增加了ISC容量，而在动态可塑性网络中，此类突触将信息存储容量显著提高了50%。综上，基于序列电子显微镜成像技术和深度学习计算方法，研究者开发了小鼠听觉皮层亚细胞结构的三维电镜重构算法，自动重建精度可以满足大规模分析的精度需求，有效地节省了人工校验时间消耗，极大提高了分析效率。大规模电镜重构和对比分析结果在亚细胞水平揭示了学习记忆对大脑皮层突触、线粒体的组织结构和连接模式的影响，为类脑计算仿生模型的精确建模提供了结构基础和启发依据。图：（上左）听觉条件恐惧学习的对照组和实验组。（上右）轴突小结与树突棘替换或增加的示意图。（中左）不同突触连接模式的电镜图像及三维重构结果。1-N型突触由单个轴突小结与多个树突棘形成，N-1型突触由多个轴突小结与单个树突棘形成。（中右）不同突触连接模式示意图。绿色：树突；蓝色：轴突。（下左）密集重构揭示绝大多数1-N型突触中的树突棘来自不同树突主干。（下右）无新增突触的静态网络和包含新增突触的可塑性动态网络。该研究获得了国家科技创新2030重大项目、中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、北京市科技计划的经费支持。作者专访Cell Press细胞出版社公众号特别邀请杨扬研究员、刘静博士和韩华研究员代表研究团队接受了专访，请他们为大家进一步详细解读。CellPress：过去也有基于电镜图像重构来探究突触和线粒体的研究报道，有的还完成了更大规模的密集重构。本文的方法和思路与过去的研究有何不同？杨扬研究员：电镜图像的密集重构对运算量的要求很高，工作量极大。而本文所使用的方法可以在不做密集重构的前提下，选择性识别和分割出研究者感兴趣的亚细胞结构，如本文关注的突触、线粒体，也可以推广到其他有特殊结构的细胞器。已有的突触或线粒体的自动重构算法多是像素或体素分割模型，也就是将图像中的像素或体素分类成前景或者背景。本文所使用的region-based卷积神经网络是一种实例分割网络，可端到端的完成目标实例的检测和分割。另外，针对强各向异性的序列电镜数据，本文提出一种2D到3D的重构方法，首先在2D上识别和分割亚细胞结构，随后应用3D连接算法完成3D的重构。这种方式可有效避免直接应用3D卷积神经网络带来的目标尺度在特征空间和图像空间不一致的问题。CellPress：多位点突触是一个新的概念吗？本文对此类突触的研究有何特别之处？杨扬研究员：一个突触前轴突小结与多个突触后树突棘形成的1-N多位点突触，和多个突触前轴突小结与一个突触后树突棘形成的N-1多位点突触，在过去的文献中都有过报道。但限于电镜图像人工识别的效率，过去的工作未能对这种特殊突触进行大规模的定量研究。本文通过基于机器学习的自动识别与重构算法实现了这一突破。此外，连接同一个多位点突触中的多个树突棘是来自同一根树突还是不同树突，代表了两种不同的神经元连接方式：前者仍是1对1的神经元连接，后者则是1个神经元对多个神经元的信息广播。本文通过密集重构，首次对这两类多位点突触进行了区分和定量，并发现后者在大脑皮层中，特别是学习之后占据了绝大多数，提示这种连接可能表征了大脑中突触层面的记忆痕迹。CellPress：人工智能算法在这个研究中发挥着怎样的作用？刘静博士、韩华研究员：近年来，人工智能算法已经深入应用到生命科学领域，加速甚至革新了生物学的研究进程。在连接组（Connectomics）领域，面对海量的高分辨电镜数据，借助人工智能算法绘制神经元的线路图是一个必不可少的环节。在本文中，我们设计了一套深度学习算法工具集，可以自动识别序列电镜图像中神经元、突触以及线粒体并恢复其三维形态。深度学习算法的应用大大提高了识别效率，将人从大量冗余复杂的标注工作中解放出来，加速了研究进程。CellPress：可否用简要的语言解释文中所提及的突触连接静态网络和动态网络，两者最核心的区别是什么？具有何种生物学意义？刘静博士、韩华研究员：突触连接网络是指根据神经元的几何拓扑特征来模拟突触连接模式的一种建模方式。其中，静态模型中仅考虑稳定的突触连接，假设没有新突触的形成或旧突触的消亡，本文使用信息熵定义静态网络的信息存储容量。而动态模型则将突触可塑性引入到网络中，允许新突触的形成，本文使用信息熵的增益表示新突触形成带来的信息存储容量的增加。动态模型通过模拟突触可塑性，与真实的大脑神经网络更为相似。CellPress：您认为该项研究对类脑计算有什么启发吗？刘静博士、韩华研究员：类脑智能（Brain-inspired Intelligence）本身就是通过模仿和借鉴人类神经系统的工作原理以构建新型的计算结构和智能形态。然而，目前人对大脑的生理机制还知之甚少。类脑研究的第一步就是要理解大脑，突触作为神经元连接的桥梁，是大脑中最重要的结构之一。突触的可塑性（synaptic plasticity）被认为与长时程记忆（long-term memory）有关。本文通过恐惧学习实验范式和电镜成像技术，发现了恐惧记忆能促进小鼠听觉皮层中一种特殊的1-N突触连接模式的形成，且这种连接模式大大增强了局部环路的信息编码能力。本研究中发现的这种局部神经环路信息传递模式或许能够作为一种记忆存储模块启发新型的类脑计算模型。作者介绍谢启伟教授谢启伟，北京工业大学现代制造业基地教授研究兴趣、领域：数据挖掘、图像处理和复杂系统智能；应用图像处理、机器学习和深度学习等方法研究基于电镜数据的神经元重建，集中于神经元电镜图像的前处理、超体素分割、图融合后处理等方法的研究，为神经科学提供有力工具，期待从脑的结构中挖掘出智能的本源。韩华研究员韩华，中国科学院自动化所研究员研究兴趣、领域：高通量显微成像技术产生海量影像数据，如何重构数据、分析数据、可视数据等已成为脑科学与类脑研究领域的重大挑战。我们致力于建立我国微观脑图谱的高通量技术体系和自主可控技术平台，持续突破大体块神经组织样品制备、长时程超薄切片连续收集、高通量扫描电镜三维成像、高精度神经结构三维重建等关键技术，开展多个百TB规模的微观脑图谱绘制工程，为构建类脑计算仿真提供生物真实网络和仿生建模依据。杨扬研究员杨扬，上海科技大学生命科学与技术学院助理教授、研究员研究兴趣、领域：以条件恐惧学习和增强式学习为行为范式，使用在体双光子成像、双光子全息光遗传、电镜、电生理等技术，研究与学习记忆相关的神经环路活动性和可塑性，及神经调制系统在其中所起的作用。

近日，为了提高医院医疗水平，进一步规划和凝练医疗方向，深州市人民医院对小鼠细胞的观察效果提出了更高的要求。明美专业工程师经过详细的沟通了解，针对博士的特殊需求，为其推荐了明美生物倒置显微镜mi52搭配研究级1250万高像素显微数码相机msx2的组合方案，并免费提供专业的样机演示服务，展现了明美在显微成像领域的专业素养。此次项目中，博士需要观察的是小鼠细胞中的贴壁细胞，这种细胞在培养过程中，必须有可以贴附的支持物表面，其依靠自身分泌或培养基中的贴附因子才能在该表面生长增殖，因此，对观察使用的显微成像产品要求极高。通过明美专业工程师的多次沟通，以及产品推荐使用，最终选定使用明美生物倒置显微镜mi52搭配研究级显微数码相机msx2来进行观察研究。msx2是明美最新研发的1250万高像素科研级数字相机，采用1英寸大靶面高性能的成像芯片，设计usb3.0数据传输接口，具有高分辨率、颜色还原准确和高灵敏度的特点，其优秀的色彩表现，是液基细胞分析、免疫组化、骨髓细胞分析等对颜色要求高的病理诊断的理想工具。此外在明暗场、相衬、偏光、dic、荧光成像等领域同样表现出色。下图为使用明美生物倒置显微镜mi52与研究级显微数码相机msx2、ms60进行观察： 下图为明美生物倒置显微镜mi52与研究级显微数码相机ms60镜头下的小鼠细胞图片： 下图为明美生物倒置显微镜mi52与研究级显微数码相机msx2镜头下的小鼠细胞图片： 使用机型：明美生物倒置显微镜mi52 研究级显微数码相机msx2。

在哺乳动物的大脑中，许多不同类型细胞形成复杂的相互作用网络，从而实现广泛的功能。由于细胞的多样性和复杂的组织，人们对大脑功能的分子和细胞基础的理解受到了阻碍。单细胞RNA测序（scRNA-seq）和单细胞表观基因组分析的发展使发现大脑中许多分子上不同的细胞类型成为可能[1，2]。然而，这些研究中有限的样本量可能导致对大脑细胞多样性的低估。此外，了解大脑功能背后的分子和细胞机制不仅需要对细胞及其分子特征进行全面的分类，还需要详细描述分子定义的细胞类型的空间组织和相互作用。在更精细的尺度上，细胞之间的空间关系是通过相邻分泌和旁分泌信号传递的细胞间相互作用和通信的主要决定因素。虽然突触通信可以发生在细胞体相距较远的神经元之间，但神经元和非神经元细胞之间的相互作用以及非神经元细胞之间的相互作用通常借助直接的体细胞接触或旁分泌信号，因此需要细胞之间的空间接近。而且涉及局部中间神经元的相互作用也倾向于发生在空间近端神经元之间。因此，一个高空间分辨率的全脑细胞图谱对于理解大脑的功能极其重要。来自美国哈佛大学的庄小威教授课题组使用多重误差鲁棒荧光原位杂交（MERFISH）技术对整个成年小鼠大脑中大约1000万个细胞中的1100多个基因进行了成像，并通过整合MERFISH和scRNA-seq数据，在全转录组尺度上进行了空间分辨的单细胞表达谱分析。研究人员在整个小鼠大脑中生成了5000多个转录不同的细胞簇（属于300多种主要细胞类型）的综合细胞图谱，将该图谱与小鼠大脑共同坐标框架进行定位，可以系统量化单个大脑区域的细胞类型组成和组织，并进一步确定了具有不同细胞类型组成特征的空间模块和以细胞渐变为特征的空间梯度。这种高分辨率的细胞空间图—每个细胞都具有转录组表达谱，有助于推断数百种细胞类型对之间的细胞类型特异性相互作用和预测这些细胞-细胞相互作用的分子（配体-受体）基础和功能。总之，此研究不仅为大脑的分子和细胞结构提供了丰富的见解，而且为其在健康和疾病中的神经回路和功能障碍奠定了基础。该结果于近日发表在Nature上，题为“Molecularly defined and spatially resolved cell atlas of the whole mouse brain”。研究小组通过MERFISH技术对横跨4只成年小鼠（1雌3雄）大脑整个半球的245个冠状面和矢状面切片上进行成像，根据DAPI和总RNA信号，单个RNA分子被识别并被分配到细胞，进而得到单个细胞的表达谱。总之，该研究对成年小鼠大脑中大约1000万个细胞进行成像和分割，包括11个主要的大脑区域：嗅觉区、等皮层（CTX）、海马形成、皮质底板（CS）、纹状体（ST）、苍白球、丘脑、下丘脑（HT）、中脑、后脑和小脑。基于典型相关性分析整合MERFISH数据和scRNA-seq数据，采用K最近邻(k-NearestNeighbor,KNN)分类算法对MERFISH细胞进行分类。为了对不同大脑区域的细胞类型组成和组织进行系统定量，他们将MERFISH生成的细胞图谱注册到艾伦脑科学研究所发布的小鼠脑三维图谱第三版（Allen Mouse Brain Common Coordinate Framework，CCFv3）[3]，可将每个单独的MERFISH成像细胞及其细胞类型身份标签放入3D CCF空间（图1）。图1 对整个小鼠大脑的分子定义和空间分辨的细胞图谱（图源：Zhang, M., et al.. Nature, 2023）据统计，整个小鼠大脑由46%的神经元和54%的非神经元细胞组成，神经元细胞与非神经元细胞的比例在后脑中最低、在小脑中最高。神经元细胞包括315个亚类和超过5000个集群，其类型也表现出很强的区域特异性，大多数神经元亚类仅在11个主要区域中的一个区域富集。这11个主要区域包含了不同数量的细胞类型，尤其是后脑、中脑和下丘脑所包含的神经元细胞类型的数量以及局部复杂性远远高于其它大脑区域。基于神经递质转运体和参与神经递质生物合成相关基因的表达，他们将成熟的神经元分为8个部分重叠的组别。其中，谷氨酸能神经元和γ-氨基丁酸（GABA）能神经元分别约占神经元总数的63%和36%，谷氨酸能与GABA能神经元的比例在不同的大脑区域中差异很大，而5-羟色胺（5-HT）能、多巴胺能、类胆碱能、甘氨酸能、去甲肾上腺素能和组胺能神经元仅占神经元总数的2%（图2c）。谷氨酸能神经元和GABA能神经元广泛分布于全脑，可分为具有不同空间分布的不同细胞类型；在谷氨酸能神经元中，Slc17a7（Vglut1）、Slc17a6（Vglut2）和Slc17a8（Vglut3）在不同的脑区分布存在差异，Slc17a7主要位于嗅觉区、CTX、海马形成、CS和小脑皮层，而Slc17a6主要位于HT、中脑和后脑（图2d，e）。他们还观察到两个未成熟神经元（IMNs）亚类：一种是抑制性的，一种是兴奋性。抑制性IMNs由30个簇组成，沿脑室下区（SVZ）分布，通过前连合处延伸至嗅球；兴奋性IMNs由七个簇组成：簇516主要位于嗅觉区域，而其它簇沿海马体形成的齿状回分布（图2f），这与之前关于海马形成中成人神经发生的发现一致[4]。图2 神经元细胞的类型和空间分布（图源：Zhang, M., et al.. Nature, 2023）非神经元细胞包括23个亚类和117个簇。通过量化，研究小组发现在整个大脑中，非神经元细胞由30%少突胶质细胞、6%少突胶质细胞前体细胞（OPCs）、28%血管细胞、23%星形胶质细胞、8%免疫细胞和5%其它类型细胞组成。一些非神经元细胞类型，特别是星形胶质细胞和心室系统中的细胞也表现出很强的区域特异性。星形胶质细胞包括36个细胞簇，最大的两个集群Astro 5225和Astro 5214，分别占星形胶质细胞总数的48%和33%。基本上每个Astro星团都显示出独特的空间分布，Astro 5225只位于端脑区，Astro 5214只位于非端脑区，Astro 5215位于丘脑，Astro 5216位于后脑，Astro5231-5236位于嗅球，Astro 5207位于小脑，Astro 5222位于齿状回，Astro 5208富集于靠近软脑膜表面的髓质，Astro 5228、5229和5230位于SVZ沿线，延伸至嗅球，并与抑制性IMNs广泛共定位（图3d）。少突胶质细胞在纤维束中富集，在整个脑干中十分丰富，而OPCs则均匀分布地整个大脑；在集群水平上，一些少突胶质细胞和OPCs也表现出区域特异性，如Oligo 5277在皮层中富集，而Oligo 5286在后脑中富集（图3e）。与心室系统相关的细胞也呈现区域特异性分布，在第三脑室，下丘脑室管膜—胶质细胞位于腹侧区域，而ependymal细胞占据背侧区域，Hypendymal细胞位于第三脑室背侧的下联合器，心室内的主要细胞是脉络膜丛细胞和血管软脑膜细胞（VLMCs）。除了VLMC 5301和VLMC 5302，大多数VLMC集群被限制在软脑膜（图3f）。图3 非神经元细胞的类型和空间分布（图源：Zhang, M., et al.. Nature, 2023）接下来，研究团队为每个细胞定义了一个局部细胞类型的组分矢量，并使用这些矢量聚类细胞，从而得到了包含相似邻域细胞类型组成的细胞的“空间模块”（图4a）。他们确定了16个一级空间模块和130个二级空间模块，一级空间模块将大脑分割成与CCF中定义的主要大脑区域基本相吻合的区域，一个显著的差异是中脑和后脑之间的边界（图4b，c）。许多2级空间的模块与CCF中定义的子区域一致，但观察到更多的差异（图4d）。此研究中的空间模块描述是基于单个细胞的转录组范围内的表达谱所定义的细胞类型，因此比CCF中脑区描述的信息具有更高的分子分辨率，空间梯度代表了对该区域的分子轮廓的更精确的描述。图4 空间模块：分子定义的大脑区域（图源：Zhang, M., et al.. Nature, 2023）考虑到在某些情况下，细胞的基因表达谱可能会表现出渐进或连续的变化，他们因此检查了所有的细胞亚类，结果发现细胞的空间梯度广泛分布在大脑的许多区域。例如，颅内（IT）神经元在整个CTX上形成了一个连续的梯度，在这个区域，基因表达沿皮层深度方向逐渐变化，但第2/3层IT神经元的分离更为明显（图5a）。在纹状体中，D1和D2中棘神经元均沿背外侧-腹内侧轴形成空间梯度（图5b，c）。在外侧间隔复合体（LSX）中，几个GABA能亚类沿着背腹轴形成了一个梯度（图5d）。在海马体的CA1、CA3和齿状回区域和中脑的下丘中也观察到空间梯度。他们也观察到了一些非神经元细胞之间的空间梯度，如下丘脑室管膜—胶质细胞，沿着第三脑室的背腹轴形成了一个连续的梯度（图5e）。通过基于UMAP（一致的多方面逼近和投影以进行降维）的基因表达可视化分析，他们发现一个大规模的跨越HT、中脑和后脑区域的空间梯度（图5f）。图5 分子定义的细胞类型的空间梯度（图源：Zhang, M., et al.. Nature, 2023）最后，他们分析了亚类水平上的细胞类型，并推断单个大脑区域中细胞类型特异性的细胞-细胞相互作用（包括非神经元细胞间，非神经元细胞和神经元之间以及神经元间）。几百对细胞亚类被确定，统计学结果显示有显著的相互作用。预测的大多数具有相互作用的细胞类型对包含多个配体-受体对，与同一细胞类型对中的非近端细胞对相比，近端细胞对的表达显著上调，为这些细胞间相互作用的分子基础提供了见解。在非神经元细胞之间，发现内皮细胞和周细胞均与大脑中的边缘相关巨噬细胞（BAMs）、巨噬细胞有显著的相互作用。在这两种情况下，与非近端细胞对相比，来自层粘连蛋白信号通路的配体-受体对在近端细胞对中均明显上调，一些细胞因子（内皮细胞中的Cytl1和周细胞中的Ccl19）在BAMs近端血管细胞中表达上调，这说明大脑中的血管细胞可能利用这些细胞因子来招募巨噬细胞（图6d，e）。小胶质细胞也被发现与内皮细胞、周细胞之间的显著相互作用；与内皮细胞相比，周细胞与小胶质细胞相互作用的可能性更高，而与BAMs相互作用的趋势则相反（图6f，g）。他们还观察到神经元和非神经元细胞之间的显著相互作用，例如星形胶质细胞和抑制性IMNs在嗅球中、星形胶质细胞和兴奋性IMNs在海马形成中表现出显著的相互作用。此分析也预测了一些神经元亚类之间的相互作用，例如，海马形成过程中Pvalb枝形吊灯状GABA神经元和CA3谷氨酸能神经元之间、IPN Otp Crisp1 GABA神经元和中脑的DTN-LDT-IPN Otp Pax3 GABA神经元之间的相互作用。图6 细胞间的相互作用和通信（图源：Zhang, M., et al.. Nature, 2023）文章结论与讨论，启发与展望通过MERFISH技术成像约1000万个细胞，并将MERFISH数据与全脑scRNA-seq数据集整合，该研究生成了一个具有高分子和空间分辨率的、横跨整个小鼠大脑的分子定义的细胞图谱。进一步将该图谱注册到了艾伦脑科学研究所发布的CCF中，提供了一个可被科学界广泛使用的参考细胞图谱，使科研人员能够确定每个大脑区域不同转录细胞类型的组成、空间组织和潜在的相互作用。一方面，非神经元细胞与神经元细胞或非神经元细胞之间的相互作用，以及配体-受体对、基因的相关上调，为测试不同非神经元细胞类型的功能作用提供了切入点。另一方面，将转录组成像与不同行为范式下的神经元活动成像相结合可以揭示神经元的功能角色[5]。未来的研究将结合空间分辨的转录组学分析和各种其它特性的测量（如表观基因组谱、形态学、细胞的连通性和功能、系统的基因扰动方法），将有助于大家阐述大脑的分子和细胞结构的功能和功能障碍在健康和疾病中的作用。MERFISH（Multiplexed Error-Robust Fluorescence In Situ Hybridization），一种空间分辨的单细胞转录组学方法，经过近年的发展已成为生命科学领域中最具有前景的单细胞测序技术之一。该技术独特的原理和方法,可实现对单细胞进行多重靶向探测,从而深入研究细胞的生物学特性,对于疾病诊治及药物研发等方面也有着广泛的应用价值。

这将使科学家借助动物模型更方便地对人类顽疾进行研究 　　美国南加州大学一个科研小组12月24日宣布，他们首次成功地从大鼠胚胎中提取干细胞，这将使科学家借助动物模型更方便地对诸多人类顽疾进行研究。 　　英国科学家马丁埃文斯早在1981年就成功地从小鼠胚胎中提取出第一个小鼠胚胎干细胞。但大鼠胚胎干细胞的提取尚属首次。 　　研究负责人、华人科学家应其龙在新闻公报中说，这是干细胞研究领域的一项重大进展，“因为我们知道，与小鼠相比，大鼠在生物学的许多方面与人类更为相近”。应其龙认为，提取大鼠胚胎干细胞研究被证实可行之后，世界许多干细胞实验室的研究方向都将因此而改变。 　　此前，科研人员尝试提取大鼠胚胎干细胞都因为技术障碍宣告失败。此次，应其龙的科研小组采取了一种特殊的“信号阻断”方法，他们利用特殊的分子抑制大鼠胚胎中3个特定基因发出信号。正常情况下，这3个基因发出的信号是胚胎干细胞分化的“命令”。信号被阻断后，大鼠胚胎干细胞就能够“停下分化的脚步”，保持在原始胚胎阶段。 　　科研小组认为，能够提取大鼠胚胎干细胞，朝着今后科学家通过基因敲除技术人为地给大鼠胚胎剔除一个或多个基因、培养“定制”大鼠进行疾病研究又向前迈进了一步。 　　这一成果将发表在定于12月26日出版的《细胞》杂志上。

近几年具有出色变形能力和可控性的磁流体机器人受到广泛关注。然而，这些研究大多是在体外进行的，将磁流体用于体内医疗应用仍然是一个巨大的挑战。同时，将磁流体机器人应用于人体也需要解决许多关键问题。本研究创建了基于磁流体的毫米机器人，用于体内肿瘤靶向治疗，其中考虑了生物相容性、可控性和肿瘤杀伤效果。针对生物相容性问题，磁流体机器人使用玉米油作为基载液。此外，该研究使用的控制系统能够在复杂的生物介质中实现对机器人的三维磁驱动。利用1064纳米的光热转换特性，磁流体机器人可以在体外杀死肿瘤细胞，在体内抑制肿瘤体积、破坏肿瘤间质、增加肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤细胞增殖。这项研究为基于磁流体的毫米机器人在体内实现靶向治疗提供了参考。近日，北京航空航天大学机械学院冯林课题组提出了一种通过具有生物相容性的磁流体机器人实现肿瘤的光热治疗方法。该方法将磁流体的基载液改为具有生物相容性的植物油，通过三维电磁控制系统实现磁流体机器人的靶向控制，对该种磁流体机器人在体外与体内的生物相容性和光热肿瘤杀伤效果进行了细致的研究。本研究中的所有3D模型均使用摩方精密nanoArch® S140设备打印。相关研究内容以“Biocompatible ferrofluid-based millirobot for tumor photothermal therapy in Near-Infrared II window”为题发表在《Advanced Healthcare Materials》期刊上，冯林教授为通讯作者，硕士生纪易明为第一作者。图1.用于近红外 II 窗口肿瘤光热治疗的生物兼容磁流体液滴机器人（BFR）概念图。图2. BFR表征。(A)Fe3O4纳米粒子的 XRD 图。(B)Fe3O4纳米颗粒的傅立叶变换红外图。(C)油酸包裹Fe3O4纳米颗粒的傅立叶变换红外图。(D) BFRs 中纳米粒子的透射电子显微镜（TEM）结果。(E) 所制备磁流体的磁滞线。(F) 磁流体的紫外-可见-近红外吸收光谱。(G) 不同浓度的BFR在 1064 纳米近红外照射下的温度曲线。(H) 5个加热-冷却循环过程中BFR的光热稳定性研究。该研究制备了一种生物相容性磁流体（BFR），并对其进行了详细表征，如图2所示。该生物相容性磁流体由超顺磁性纳米颗粒（磁响应组分）和生物相容性植物油（基载液）构成。双层的油酸包裹磁颗粒使磁流体获得较好的稳定性。磁滞回线展现出该磁流体良好的磁响应能力。红外吸收光谱和光热升温曲线体现了该磁流体较好的光热转换效率和光热稳定性。图3. BFR在体外模拟血液循环环境中的运动。(A) BFR 可被控制移动到全血环境中三维血管模型的任意分支。比例尺：5 毫米：(B) BFR 在肝门静脉血管模型中的运动控制，显示了 BFR 由于可变形性和分裂能力而在血管中的可移动性。比例尺：2 毫米。(C) 磁流体机器人越过障碍物的侧面示意图。(D) BFR 在磁阻力作用下穿过障碍物和心脏组织表面的沟槽。(E) BFR 超声成像示意图。比例尺：5 毫米：(F) BFR 在一块牛心血管组织的内表面形成一个稳定的球体。(G) 超声成像视频快照，显示运动控制过程中 BFR 在不同时间的位置。比例尺：2 毫米。(H) BFR 在全血环境中逆流而上。比例尺：1 毫米。同时该研究对BFR在针对模拟体内靶向治疗环境的运动控制进行了详细研讨。通过四线圈三维电磁系统，磁流体机器人可以实现高精度三维运动控制。由于其具有极强的变形、分裂和融合能力，BFR可以在更为复杂的血管环境（如模拟肝门静脉模型）中运动，以及逆血流的运动。此外，因所选磁流体基载液材为有机液体，该种磁流体并不会与血管和心脏内壁发生粘连，可以实现在血管中和心脏表面的运动控制。磁颗粒与体内环境的密度差异也使得超声成像对BFR在体内的位置进行实时显示。图4. 体内肿瘤杀伤实验。(A) 各实验组裸鼠在治疗六天后的肿瘤情况，(B) 体重曲线。(C) 肿瘤大小曲线。(D) 六天治疗后离体肿瘤组织的体积统计。(E) 小鼠肿瘤切片的 H&E 染色结果。比例尺：50 微米。(F) 和 (G) 肿瘤切片的 TUNEL 和 KI67 染色结果。黑色背景图像为荧光图像，白色背景图像为特征荧光图像。比例尺：100 μm。此外，该种磁流体对体内肿瘤的治疗效果得到了验证。通过小鼠实验可以观察到治疗组小鼠的肿瘤体积有明显的减小。在染色结果中治疗组也展现出了对肿瘤组织的杀伤和抑制生长效果。

肿瘤免疫疗法是当前肿瘤治疗领域中最具前景的研究方向之一，已发展成为继手术、化疗和放疗之后的第四种肿瘤治疗模式。肿瘤免疫学治疗的方法种类繁多，目前各大医药研发企业的关注焦点主要包括：免疫检查点抗体药物，CAR-T疗法，溶瘤病毒等等，但新型的免疫疗法如何进行可靠有效的临床前效果评估，是推进肿瘤免疫疗法的一关键节点。百奥赛图自主研发了一系列免疫检查点人源化小鼠，为免疫检查点抗体药物筛选提供了可靠的体内药效模型，此外基于重度免疫缺陷B-NDG小鼠建立的免疫系统人源化小鼠模型也为药物验证提供了更多的选择。本期转化医学系列webinar邀请到的是百奥赛图药理药效事业部总监郭雅南博士，郭博士将给大家介绍：1. 免疫检查点抗体单用或联用在体内药效筛选的策略2. 利用免疫重建小鼠和B-hCD3e人源化小鼠进行双特异性抗体的体内药效评估与毒性检测3. 利用重度免疫缺陷小鼠B-NDG小鼠对CAR-T药物进行体内药效评估与毒性检测转化医学系列网络讲座第五期讲座题目：人源化模式小鼠在肿瘤免疫药物研究中的应用讲座时间：7月25日下午14:00-15:00主讲人：郭雅南 博士（百奥赛图）讲座形式：网络讲座，手机或PC即可参与（会议链接和如下报名链接相同）即刻报名扫描下方二维码主讲人简介郭雅南 博士百奥赛图 药理药效事业部总监清华大学生物科学与技术系本科；美国罗切斯特大学神经生物学/药理学博士学位；2009-2013年，在哈佛大学医学院伯明翰妇女医院转化医学系从事博士后研究工作；2014年回国，担任百奥赛图基因生物技术有限公司研发部副总监。拥有10多年癌症生物学和神经生物学的研究经验，现担任药理药效事业部总监。更多转化医学系列网络讲座安排，具体时间以珀金埃尔默微信推送时间为准。敬请关注！主题预计时间高内涵筛选助力个性化癌症医疗8月小分子激酶抑制剂研究最新进展9/19/2019使用Alpha技术研究RNA甲基化“橡皮擦” （ALKBH5）10/24/2019研究蛋白相互作用就是这么简单11/7/2019细胞成像分析前沿应用案例心得分享11/28/2019原来药物研发还可以这样做——基于表型筛选的药物研发11月小动物活体成像技术助力脑靶向载体的研究12/19/2019关于珀金埃尔默：珀金埃尔默致力于为创建更健康的世界而持续创新。我们为诊断、生命科学、食品及应用市场推出独特的解决方案，助力科学家、研究人员和临床医生解决最棘手的科学和医疗难题。凭借深厚的市场了解和技术专长，我们助力客户更早地获得更准确的洞见。在全球，我们拥有12500名专业技术人员，服务于150多个国家，时刻专注于帮助客户打造更健康的家庭，改善人类生活质量。2018年，珀金埃尔默年营收达到约28亿美元，为标准普尔500指数中的一员，纽交所上市代号1-877-PKI-NYSE。了解更多有关珀金埃尔默的信息，请访问www.perkinelmer.com.cn

据《科学进展》杂志2日在线报道，美国莱斯大学的生物工程师表示，他们使用针头大小的可植入“药物工厂”持续提供高剂量白细胞介素-2，在短短6天内根除了小鼠体内的晚期卵巢癌和结直肠癌。该疗法或在今年晚些时候开始人体临床试验。白细胞介素-2是一种可激活白细胞以对抗癌症的天然化合物。试验使用的药珠可通过微创手术植入，每个都含有可产生白细胞介素-2的细胞，这些细胞被包裹在保护壳中。莱斯大学生物工程助理教授奥米德魏瑟的实验室研发了这种治疗方法。他说，人体临床试验最早可能在今年秋天开始。该团队只选择了已证明可安全用于人体的成分，并在多项测试中证明了新疗法的安全性。魏瑟说：“我们只给一次药，但‘药物工厂’每天都在生产药物，直到癌症被消除。一旦确定了正确的剂量，即需要多少家‘药物工厂’，我们就能够根除全部的卵巢癌和7/8的结肠直肠癌。”在新发表的研究中，研究人员将产生药物的珠子植入在肿瘤旁边和腹膜内，腹膜是一种支持肠道、卵巢和其他腹部器官的囊状内层，植入的白细胞介素-2集中在肿瘤内，并限制在其他地方暴露。该研究合著者、美国MD安德森癌症中心妇科肿瘤学和生殖医学教授埃米尔贾再瑞博士说：“免疫治疗领域的一个主要挑战是增加肿瘤炎症和抗肿瘤免疫，同时避免细胞因子和其他促炎药物的全身副作用。在这项研究中，我们证明了‘药物工厂’可在几种小鼠模型中进行可调节的白细胞介素-2局部给药和根除肿瘤。”白细胞介素-2是一种细胞因子，一种免疫系统用来识别和对抗疾病的蛋白质。这是一种FDA批准的癌症治疗方法，但研究人员表示，与现有的白细胞介素-2治疗方案相比，“药物工厂”引发了更强的免疫反应，因为药珠直接提供更高浓度的蛋白质到肿瘤。研究人员称：“如果你通过静脉注射泵给予相同浓度的蛋白质，那将是剧毒的。而对于‘药物工厂’，我们在远离肿瘤部位的身体其他部位观察到的浓度，实际上低于患者在接受静脉注射治疗时必须承受的浓度，高浓度仅处于肿瘤部位。”药珠的外壳保护其产生细胞因子的细胞免受免疫攻击。外壳由被免疫系统识别为异物但不视为直接威胁的材料制成。研究团队发现，异物反应在30天内“安全而有力”地关闭了胶囊中细胞因子的流动。如果有必要，可进行第二个疗程。总编辑圈点“药物工厂”可放置在肿瘤旁边，围绕在这些器官和大多数其他器官的内膜内。如果医生需要不同的细胞因子来靶向特定形式的癌症，还可在药珠上装载工程细胞，制造相关免疫治疗的化合物。更值得欣喜的是，这一方法未来将不局限于文中的两种癌症，也可用于治疗胰腺癌、肝癌、肺癌和其他器官的癌症。

近年来，光学成像技术如荧光分子成像、光声成像和生物发光成像等广泛应用于小动物活体成像。同时，多模态成像技术的兴起将多种成像技术结合，为小动物活体成像提供了更精确和信息丰富的工具。为帮助广大用户及时了解小动物活体成像前沿技术、产品与整体解决方案，仪器信息网特别制作【小动物活体成像技术创新突破进行时】专题（查看专题），并策划“小动物活体成像技术”主题征稿活动，以期进一步帮助广大用户从多维度深入了解小动物活体成像技术应用、主流品牌、市场动态以及相关内容。本期邀请苏州纽迈分析仪器股份有限公司市场总监杨翼，就小动物成像技术流派中的核磁成像技术特点以及发展方向进行介绍。——01——核磁成像技术地位及难点 众所周知，磁共振成像在众多小动物活体成像技术中，不受环境光和成像样品深度限制，可呈现多平面、高对比度的原位图像，尤其在软组织成像中具有无法比拟的效果。但到目前为止，磁共振成像技术的广泛应用受到传统超导磁共振成像系统高昂的采购成本，以及系统选址、安装、运行和日常维护成本的制约。此外，操作超导磁共振成像系统存在重大的安全问题和复杂性，这需要具有特定磁共振物理专业知识的专业技术人员来操作仪器及其复杂序列和成像协议。对于需要对小动物进行成像的实验室人员来说，这些难点形成了技术采用的重重阻碍。——02——用户友好型的低场磁共振成像（Low-Field MRI） 为使核磁成像技术更好普及，也为了带给客户更好的成像效果，以纽迈为代表的核磁设备厂商引入了低场核磁共振（Low-Field Nuclear Magnetic Resonance，LF-NMR）。低场核磁共振成像（Low-Field MRI）是指在相对较低的磁场强度下进行的核磁共振技术或成像技术。相对于传统的高场核磁共振技术（如1.5T或3T），低场核磁共振通常指磁场强度在0.1T到1.5T范围内的系统。在降低成本和增加稳定性的同时，更友好地面向非核磁专业的实验室人员。 纽迈低场核磁设备独特之处 例如搭载了苏州纽迈最新低场核磁技术的NM42-060H-I就是一款1.0T的小动物核磁共振成像仪，具有以下特点：● 高强度永磁体，磁场强度达到1.0T,无维护费用 —》 降低购置与维护成本● 紧凑小巧，便于安装 –》 节省空间，无需建造屏房● 功能强大，配套齐全 –》 降低使用门槛● 操作简单，软件功能齐全 –》 心电监护、呼吸门控、气体麻醉可选● 纽迈核磁厂家独家服务团队，提供专业、优质、快捷的技术支持服务纽迈核磁动物疾病模型成像分析仪NM42-060H-I品牌：纽迈分析型号：NM42-060H+受益客户群体低场核磁成像最适用的小动物为大鼠和小鼠，一些对此类模式动物成像有典型需求的客户，例如高校、研究所的转化医学实验室，医院中的临床实验室，以及药物研发机构等，通过研究脑组织结构病变，肿瘤识别、生长、治疗过程研究，关节软骨损伤、治疗研究，血管和软组织（脑、肝、肾等）形态等，用以验证药效及治疗手段。在病变识别-发展-治疗的研究方向上，与纽迈生命科学领域的百余用户共同受益。——03——低场核磁成像技术的发展方向在体内（In Vivo）成像领域，多模态是必然趋势。由于是多维尺度的成像技术，需要每种模态的技术共同进步，并非简单的混合成像。对于研发厂商来说，硬件上，需要对不同成像模式下进行传感器的整合及排除相互干扰；软件上，则需要应对信号衰减，对图像进行融合和配准。然而，真正能够实现“1+12”，还需要客户在成像探针的开发上与厂商共同努力。令人欣慰的是，很多纽迈的用户已经开始了多模态探针的探索尝试：纳米材料由于良好的功能特性，被合成为多模态探针，并在纽迈小动物核磁共振成像仪上得到证明，例如介孔二氧化硅、纳米气泡、SPIO（超顺磁氧化铁纳米颗粒）等。既可以凸显核磁在肿瘤模型如脑胶质瘤、乳腺瘤、畸胎瘤等成像中的优势，又可以借助细胞追踪、光热效应等技术将核磁带入新的成像领域。关于纽迈苏州纽迈分析仪器股份有限公司已成立21年，在几乎被国外企业垄断的市场中不断壮大，树立了良好的业界口碑，作为低场磁共振科学仪器设备国内领军品牌，纽迈分析为推动国内低场磁共振行业可持续发展，成为“低场磁共振整体解决方案专家”不懈努力。——The End——小动物活体成像技术专题征稿进行中！为帮助广大用户及时了解小动物活体成像前沿技术、产品与整体解决方案，仪器信息网特别策划“小动物活体成像技术”主题征稿活动，以期进一步帮助广大用户从多维度深入了解小动物活体成像技术应用、主流品牌、市场动态以及相关内容。投稿邮箱liuld@instrument.com.cn征稿提纲：https://www.instrument.com.cn/news/20230925/685455.shtml会议推荐仪器信息网将于2024年6月6日举办“第一届小动物活体成像技术与前沿应用”主题网络研讨会（iSAI2024），围绕创新活体成像技术、在肿瘤研究中的应用展开探讨与交流，为科研工作者和相关从业人员搭建一个即时、高效的交流和学习的平台。14位嘉宾报告方向从小动物活体成像技术研发、科研应用到成像数据分析全面覆盖。覆盖分子成像探针开发、PET成像、MRI成像、PAI光声成像、NIR-II成像、拉曼成像在肿瘤等疾病中的应用，还特别分享小动物活体成像数据分析技术经验，干货满满。日程报名链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/sai240606.html

急性髓系白血病(Acute Myeloid Leukemia, AML)是一组具有髓系特征的多发性异质性恶性肿瘤。通过化疗、放疗、造血干细胞移植、支持性治疗和靶向治疗等方式，可以提高患者五年总存活率；但是，与其他血液肿瘤相比，AML的治疗效果较差，最常见的表现是缓解后复发。因此，对于复发和化疗耐药的患者来说，迫切需要寻找新的具有有效和可控副作用的治疗药物和技术。溶瘤病毒（Oncolytic Virus, OVS）是一类具有复制能力的肿瘤杀伤型病毒，通过直接溶解感染的肿瘤细胞和间接增强宿主的抗肿瘤免疫力来介导肿瘤细胞的破坏。其种类有：新城疫病毒（Newcastle disease virus, NDV）、单纯疱疹病毒-1（Herpes simplex virus-1, HSV-1）、呼肠孤病毒（Reovirus）和溶瘤腺病毒（Oncolytic adenovirus）等。由于OVS优先破坏肿瘤细胞，而对正常细胞无害，同时越来越多的研究证据表明，AML细胞感染溶瘤病毒会显著增加肿瘤细胞的死亡率，这为AML的治疗提供了新的方法和思路，已经在多个临床试验中进行了安全性和可行性的探索。然而，B淋巴细胞会对血液循环中的OVS产生中和抗体(Neutralizing Bntibodies、NAbs)，从而阻止病毒的传播，最终会降低病毒的治疗效果。▲ OVS的双重作用模式，优先靶向并杀死癌细胞，而对正常细胞几乎没有有害的影响间充质干细胞(Mesenchymal stem cells, MSCs)是一类存在于多种组织(如骨髓、脐带血和脐带组织、胎盘组织、脂肪组织等)，具有多向分化潜力的多能干细胞。在过去的十年中，MSCs被认为是OVS的理想载体，其原因有：(1)、MSCs为病毒提供了一个复制场所；(2)、MSCs能避免被免疫系统清除；(3)、MSCs确保病毒能到达肿瘤部位；(4)、MSCs会分泌细胞因子，增强抗肿瘤免疫反应。然而，携带溶瘤病毒的人脐带来源的间充质干细胞(Human umbilical cord-derived MSCs, Huc-MSCs)的抗肿瘤效果及其分子机制尚不清楚。▲ 间充质干细胞的分化潜力近日，贵州医科大学成体干细胞转化研究重点实验室赵星和何志旭教授课题组首次报道Huc-MSCs作为呼肠孤病毒的细胞载体，并使用博鹭腾AniView100多模式动物活体成像系统检测携带呼肠孤病毒的Huc-MSCs和MSCs在活体内对AML的治疗效果和抗肿瘤效果。该工作有助于提升研究人员对MSCs携带OVS的抗肿瘤机制的理解，并可能为临床治疗AML提供新的策略。相关成果已在国际著名期刊《International Immunopharmacology》发表。评价携带呼肠孤病毒的Huc-MSCs在体内的治疗效果。根据荧光素酶报告基因可用于体内移植的Huc-MSCs的定量，将呼肠孤病毒(Luc-MSCs-Reo)负载于Huc-MSCs，并静脉注射注射到AML小鼠模型内。通过博鹭腾AniView100多模式动物活体成像系统进行成像，结果显示Huc-MSCs位置同肿瘤THP-1细胞定位相同。小鼠的Kaplan-Meier生存曲线结果表明，接受呼肠孤病毒感染的Huc-MSCs的小鼠的中位存活时间比接受裸鼠呼肠孤病毒的小鼠显著增加。这些数据证实了Huc-MSCs作为呼肠孤病毒载体具有良好的治疗效果。▲ 携带呼肠孤病毒的Huc-MSCs对AML小鼠模型的治疗作用评价携带呼肠孤病毒的MSCs的体内抗肿瘤效果。建立具有免疫活性的小鼠AML模型，通过博鹭腾AniView100多模式动物活体成像系统进行成像，结果显示标记DIR的MSCs和呼肠孤病毒感染的MSCs对C1498肿瘤具有肿瘤归巢能力，提示携带呼肠孤病毒的MSCs维持其固有的向肿瘤细胞迁移的能力。根据各组的肿瘤体积和重量、肿瘤中的病毒RNA定量显示、治疗后小鼠血清干扰素-γ和肿瘤坏死因子-α水平及免疫组织化学法观察到肿瘤中CD8的表达结果，可得MSCs有效地将呼肠孤病毒运送到肿瘤部位，并触发小鼠的免疫反应，对肿瘤生长有明显的抑制作用。这些结果证实了MSCs载体能够增强呼肠孤病毒的抗肿瘤效果。▲ 携带呼肠孤病毒的MSCs对C57BL/6小鼠C1498肿瘤的治疗作用

双特异性T细胞衔接器（bispecific T-cell engager，BiTE）是一种能够同时结合肿瘤相关抗原（tumor associate antigen， TAA）和 CD3 复合物的抗体类抗肿瘤药物。传统的技术是通过靶向TAA 来实现肿瘤内T细胞上CD3信号通路的再激活，从而达到杀伤肿瘤细胞的效果【1-3】。自上世纪90年代起，针对双特异性抗体疗法的设计和改进已经有了近30年的研究。然而，目前为止只有安进公司（Amgen）的Blinatumomab (针对CD19 的 BiTE) 被FDA 批准用于治疗复发或难治性急性淋巴细胞白血病 (acute lymphoblastic leukemia, ALL)【4,5】。以细胞因子风暴（cytokine storm）为主的副作用限制了其他针对实体瘤的BiTE所进行的临床测试。仅在2021年，安进公司就暂停了4种 BiTE的一期临床试验, 所涉及的抗原包括FLT3, BCMA, CD33和EGFRVIII。除了严重的副作用之外，半衰期短，TAA特异性低以及抑制性肿瘤微环境都是限制BiTE在体内发挥抗肿瘤效应的重要因素。因此，提升双特异性抗体的有效性并降低其副作用能够极大的促进该疗法在临床的广泛应用。图1 正在以单药形式进行临床测试的双特异性抗体2021年11月1日，美国德克萨斯大学西南医学中心傅阳心团队在Nature Biomedical Engineering杂志上发表了题为Rejuvenation of tumour-specific T cells through bispecific antibodies targeting PD-L1 on dendritic cells的文章。该研究构建了靶向免疫检验点PD-L1 和CD3ε的双特异性抗体 （PD-L1xCD3）。在多种小鼠肿瘤模型上，PD-L1xCD3比传统的TAA靶向性双特异性抗体（ErbxCD3）展现出了更强的抗肿瘤效果。利用多种条件性敲除小鼠表明，PD-L1xCD3在体内主要结合树突状细胞（dendriticcells， DCs）表达的PD-L1而并非肿瘤细胞或巨噬细胞表达的PD-L1，进而重新激活了肿瘤内部的抗原特异性CD8 T 细胞免疫反应来达到治疗肿瘤的效果。进一步的机制研究表明，PD-L1xCD3与DC上PD-L1的结合，促进了共刺激分子B7和CD28之间的相互作用，从而避免T细胞发生激活诱导的细胞死亡（activation-induced cell death），进而实现肿瘤内T 细胞长效激活的效果。研究团队首先在体外验证了制备的PD-L1xCD3能够同时结合PD-L1和CD3ε，并能够以PD-L1依赖的方式刺激T细胞活化并分泌IFNγ，杀伤肿瘤细胞。体内实验进一步表明PD-L1xCD3能够在MC38模型上产生良好的抗肿瘤效果并优于anti-PD-L1和anti-CD3的联合治疗，从而表明PD-L1xCD3具有其独特的作用机制。通过细胞过继转移和删除实验表明，PD-L1xCD3能够诱导抗原特异性CD8 T细胞反应并产生免疫记忆，而这一现象依赖于肿瘤内预存的CD8 T 细胞。为了研究PD-L1xCD3是否比传统的TAAxCD3具有更强的抗肿瘤效果，作者们制备了靶向TAA的ErbxCD3双特异性抗体，并通过体外实验证明其具有与PDL1xCD3相似的亲和力，激活T细胞能力和肿瘤细胞杀伤能力。然而体内实验却表明，在相同剂量下PD-L1xCD3比ErbxCD3展现出了更强的抗肿瘤效果，并且这一现象在TC1，B16F10，TuBo等多种模型上均得到了验证，提示靶向免疫检验点PD-L1的双特异性抗体比靶向TAA具有更好的激活T细胞能力。为了进一步探究产生这种区别的本质原因，作者们首先通过在不同的细胞上敲除了PD-L1来探寻哪种细胞表达的PD-L1对于PD-L1xCD3在体内的抗肿瘤效果是必须的。出乎意料的是，尽管肿瘤细胞本身是最主要的PD-L1阳性的细胞，但敲除肿瘤细胞上的PD-L1并没有影响PD-L1xCD3的治疗效果。与之相反，敲除宿主细胞上的PD-L1却彻底废除了PD-L1xCD3的治疗效果。通过条件性PD-L1敲除小鼠实验表明，树突状细胞而并非巨噬细胞表达的PD-L1起到了至关重要的作用。作者进一步利用Batf3敲除小鼠确认树突状细胞亚群（cDC1）对于PD-L1xCD3的治疗效果是不可或缺的。前期研究表明，anti-PD-(L)1 治疗能够通过增强B7-1(CD80) 与CD28的相互作用来达到激活T 细胞的效果6, 7。由此，研究人员提出了PD-L1xCD3治疗是通过增强共刺激信号来发挥作用的假设。结果也表明，用抗体阻断CD80/86后，PD-L1xCD3的治疗效果消失同时抗原特异性T细胞反应也大大减弱。通过体外共培养实验证明，PD-L1xCD3能够通过增强共刺激信号的方式促进IL-2的分泌，避免T细胞因过度激活导致的凋亡，从而实现肿瘤内T细胞的长效激活。传统BiTE的设计理念是通过单链抗体（ScFv）衔接T细胞与肿瘤细胞，促使T细胞活化并直接进行肿瘤细胞杀伤。然而，在肿瘤微环境里T细胞的数量和质量都非常有限。而肿瘤细胞不仅数量“占优”并且能够通过激活抑制性信号通路（如PD-L1/PD-1）来逃逸杀伤。与此同时，由于肿瘤细胞本身并不表达共刺激分子，其激活T细胞的效果非常有限。面对数倍于己的“敌军”，T细胞在反复杀伤的过程中很容易产生耗竭而败下阵来。与之相反，作为新型双特异性抗体，PD-L1xCD3能够将T细胞与树突状细胞衔接在一起，从而为其激活提供充足的条件（共刺激分子）。通过与树突状细胞的相互作用，T细胞不仅得到了有效的激活并且能够通过IL-2实现自我扩增。最终实现T细胞的持续性激活并获得持久的抗肿瘤免疫反应。图二：PD-L1xCD3的作用机理综上所述，该研究为新一代双特异性抗体设计提供了思路。证明了PD-L1xCD3 具有优于传统BiTE的如下特点：1）靶向肿瘤组织降低毒性；2）阻断PD-L1/PD-1相互作用，解除T细胞抑制；3）靶向DC细胞为T细胞激活提供共刺激信号，从而促进IL-2介导的T细胞存活。据悉，该论文已被选为Nature Biomedical Engineering 杂志11月份的封面故事。该研究的通讯作者是美国德克萨斯大学西南医学中心的乔健博士和傅阳心教授。刘龙超博士为论文的第一作者。原文链接：https://www.nature.com/articles/s41551-021-00800-2

2月23日，国家药品监督管理局药品审评中心发布关于公开征求《基因修饰细胞治疗产品非临床研究与评价技术指导原则》（试行）意见的通知，全文如下：为更好引导和促进基因修饰细胞治疗产品开发，药品审评中心通过对行业调研、文献收集和专家咨询讨论会等工作，在已有《细胞制品研究与评价技术指导原则》（试行）的基础上，根据目前对基因修饰细胞治疗产品的科学认知，经中心内部讨论形成《基因修饰细胞治疗产品非临床研究与评价技术指导原则》（试行）征求意见稿，现公开征求意见和建议。 我们诚挚地期待社会各界对征求意见稿提出宝贵意见并及时反馈给我们。征求意见时限为自发布之日起1个月。 您的反馈意见请发到以下联系人的邮箱： 联系人：戴学栋 联系方式：daixuedong@cde.org.cn 联系人：张旻 联系方式：zhangmin@cde.org.cn 感谢您的参与和大力支持! 国家药品监督管理局药品审评中心 2021年2月23日《基因修饰细胞治疗产品非临床研究与评价技术指导原则》（试行）一、前言 ................................................................................... 1 二、适用范围 ........................................................................... 1 三、总体考虑 ........................................................................... 1 四、受试物 ............................................................................... 2 五、动物种属/模型选择 .......................................................... 3 六、概念验证 ........................................................................... 4 七、药代动力学 ....................................................................... 5 八、非临床安全性 ................................................................... 6 （一）总体安全性考虑 ...................................................... 6 （二）基因表达产物的风险评估 ...................................... 6 （三）插入突变风险评估 .................................................. 7 （四）载体动员（Vector mobilisation）和重组风险评估 8 九、对特定类型基因修饰细胞产品的特殊考虑 .................... 8 （一）基因修饰的免疫细胞（CAR或TCR修饰的T细胞 /NK细胞） .......................................................................... 8 （二）诱导多能干细胞（iPS）来源的细胞产品 ............ 10 （三）基因编辑的细胞产品 ............................................ 10 一、前言 近年来，随着基因修饰技术的迅速发展，基因修饰细胞 治疗产品已成为医药领域的研究热点。由于基因修饰细胞治 疗产品物质组成和作用方式与一般的化学药品和生物制品 有明显不同，传统的标准非临床研究策略和方法通常并不适 用于基因修饰细胞治疗产品。为规范和指导基因修饰细胞治 疗产品非临床研究和评价，在《细胞制品研究与评价技术指 导原则》基础上，根据目前对基因修饰细胞治疗产品的科学 认识，制定了本指导原则，提出了对基因修饰细胞治疗产品 非临床研究和评价的特殊考虑和要求。随着技术的发展、认 知程度的深入和相关研究数据的积累，本指导原则将不断完 善和适时更新。 二、适用范围 本指导原则适用于基因修饰细胞治疗产品。基因修饰细 胞治疗产品是指经过基因修饰（如调节、修复、替换、添加 或删除等）以改变其生物学特性、拟用于治疗人类疾病的活 细胞产品，如基因修饰的免疫细胞（如T细胞、NK细胞、树突状细胞和巨噬细胞等）和基因修饰的干细胞（如造血干 细胞、多能诱导干细胞等）等。 三、总体考虑 非临床研究是药物开发的重要环节之一。对于基因修饰 细胞治疗产品，充分的非临床研究是为了：1）阐明基因修饰 的目的、功能以及产品的作用机制，明确其在拟定患者人群 中使用的生物学合理性；2）为临床试验的给药途径、给药程 序、给药剂量的选择提供支持性依据；3）根据潜在风险因素， 阐明毒性反应特征，预测人体可能出现的不良反应，确定不 良反应的临床监测指标，为制定临床风险控制措施提供参考 依据。因此，应充分开展非临床研究，收集用于风险获益评 估的信息，以确立拟开发产品在目标患者人群中预期具有合 理的、可接受的风险获益比，同时为临床试验的设计和风险 控制策略的制定提供支持性依据。 由于不同基因修饰细胞治疗产品的细胞的来源、类型、 生物学特性、基因修饰方式/技术、生物学功能/作用方式、生 产工艺、非细胞组分等各不相同。在制定非临床研究计划时， 除参考《细胞制品研究与评价技术指导原则》中的对细胞制 品的一般要求外，还应具体问题具体分析，基于产品特点和 目前已有的科学认知，结合拟定适应症、患者人群、给药途 径和给药方案等方面的考虑，科学合理的设计和实施非临床 试验，充分表征产品的药理学、毒理学和药代动力学特征。 在进行风险获益评估时，还应重点关注由非临床向临床过渡 时非临床研究的局限性和风险预测的不确定性。 四、受试物 非临床试验所用受试物应可充分代表临床拟用样品的 质量和安全性，确证性非临床试验应尽可能采用临床拟用 基因修饰细胞治疗产品作为受试物。体外、体内非临床试 验所使用的样品均应符合相应开发阶段的质量标准要求。 应阐明非临床使用样品与临床拟用样品的异同及其对人体 有效性和安全性的可能影响。 在某些情况下，受种属特异性的限制，可考虑采用替 代产品（表达动物同源基因的人源细胞产品或动物源替代 细胞产品）。替代产品应与临床拟用产品采用相似的生产工艺，并对可能影响有效性和安全性的关键质量参数进行对 比研究，以评估替代产品与临床拟用产品的质量相似性及 其对非临床数据预测性的影响。 五、动物种属/模型选择 进行非临床体内试验时，应选择相关的动物种属/模型。理想状态下，基因修饰细胞应能以其预期的作用方式在所选 择的动物中表现出在拟用患者人群中所期望的功能活性。因 此，选择相关动物时需要考虑产品的特性以及临床拟用情况， 包括但不限于以下因素：1）动物病理生理学特征与拟用患者 人群的相似性；2）动物对基因修饰细胞及导入基因表达产物 （若有）的生物学反应与预期的人体反应的相似性；3）动物 对异种来源的基因修饰细胞的免疫耐受性；4）临床拟用递送 /给药方式的可行性。 由于免疫排斥反应以及细胞和/或导入基因的种属特异性，常规标准实验动物很可能并不适用，而免疫缺陷动物、 转基因动物或采用同源替代产品作为受试物可能会更合适。 对于某些作用机制涉及与疾病环境相互作用的基因修饰细 胞（例如CAR-T细胞），可能需要采用疾病模型动物。采用疾病模型动物进行的非临床研究可提供活性和毒性的剂量 关系信息，可更好的评估基因修饰细胞产品的风险获益比。每一种动物种属/模型均有其优点和不足，没有一种模型可完美预测基因修饰细胞在患者人群中的有效性和安全性， 应评估并阐明非临床研究所采用的动物种属/模型与人体的 相关性和局限性，建议采用多种动物/模型开展研究。当缺少 相关动物模型时，可采用基于细胞和组织的模型（如2D和 3D组织模型、类器官和微流体模型），这些模拟人体内环境 的模型也可为有效性和安全性的评估提供有用的补充信息。 六、概念验证 对于基因修饰细胞治疗产品，除应参照《细胞制品研究 与评价技术指导原则》的要求进行药效学研究外，还应进行 概念验证试验，阐明对细胞进行基因修饰的理由和可行性。通常，对细胞进行基因修饰的理由可能包括但不限于：1）引 入突变基因的功能拷贝以纠正遗传性疾病；2）改变/增强细 胞的生物学功能；3）引入一个安全开关，以在必要时能够清除细胞。应根据基因修饰的目的，进行相应的体外和体内验 证试验，证明可达到基因修饰的目的。 概念验证试验评估终点可能包括：1）对细胞基因组修饰的特异性；2）引入的外源调控序列对内源基因表达的影响， 或转基因的表达及功能活性；3）基因修饰对细胞正常行为和 生理功能的影响（如对扩增、分化能力的影响，对T细胞激活 和杀伤活性的影响等）。设计概念验证试验时，应考虑设置合 适的平行对照（如未修饰的细胞）。 虽然体外试验可在一定程度上验证基因修饰细胞的设 计理念和拟定作用方式，但对于功能复杂的活细胞，仅依靠 体外试验并不足以预测基因修饰细胞的体内行为和功能。因 此，除非有充分的理由，均应尽可能考虑进行体内概念验证 试验。在设计体内概念验证试验时，建议采用疾病模型动物。对于预期在人体内会长期存续或长期发挥功能的基因修饰 细胞，如果缺乏相关的动物模型，建议采用替代产品进行体 内概念验证试验，在足够的、可行的时间窗内评估基因修饰 细胞的长期效应。 七、药代动力学 参考《细胞制品研究与评价技术指导原则》中的对细胞 制品药代动力学的一般要求，采用相关动物模型开展药代动 力学试验以阐明基因修饰细胞在体内的命运和行为（包括生 物分布、归巢、定植、增殖、分化和持续性）。这些试验可以 单独开展，也可以整合到概念验证试验和/或毒理学试验中。若基因修饰细胞表达的转基因产物可分泌到细胞外，应 阐明其在局部和/或全身的暴露特征。 八、非临床安全性（一）总体安全性考虑 在评估产品的整体风险时，除参考《细胞制品研究与评 价技术指导原则》中对细胞制品的一般要求外，还应重点关 注基因修饰所可能带来的风险，如表达转基因的风险、基因 编辑脱靶风险、载体插入突变风险、载体重组风险等。在制 定非临床安全性评价策略时，应基于每个产品的特点，具体 问题具体分析考虑因素包括但不限于：1）临床拟用适应症、 目标患者人群和临床给药方案；2）细胞的来源、类型及其在 体内的细胞命运；3）基因修饰目的、方式及技术；4）作用 方式/机制或预期的功能活性；5）激起免疫应答能力/免疫耐 受能力；6）产品的质量因素；7）已有的非临床/临床数据；8）类似产品的已知有效性和安全性信息。 （二）基因表达产物的风险评估 通常，导入基因会随基因修饰细胞的存在而持续表达， 对于有复制能力的细胞，导入基因还可能会随细胞的增殖而 过度表达，导致基因表达产物的蓄积，进而导致毒性。因此， 若基因修饰细胞编码导入基因，应在体内试验中评估导入基 因表达产物的毒性风险。在设计试验时，应根据导入基因的 表达情况和功能活性设计试验期限和必要的终点指标，考虑 因素包括：1）基因表达水平和持续时间；2）基因表达产物 的分布部位；3）基因表达产物的功能活性。一些转基因（如生长因子、生长因子受体、免疫调节物等）若长期持续表达， 可能会导致长期安全性风险担忧，如导致细胞非受控的生长、 恶性转化等不良反应。因此，对于长期持续表达或具有长期 效应的转基因修饰细胞，非临床安全性研究的期限应足以评 估其长期安全性风险。为确定基因表达产物的量效关系，解 释预期和非预期的试验结果，建议在试验中伴随对导入基因 表达水平的定量检测（如采用Q-PCR或ELISA法）以及免疫 原性（ADA）检测。 （三）插入突变风险评估 一些整合性载体（如逆转录病毒、慢病毒、转座子）可 将外源基因插入整合到细胞基因组中，这可能会导致关键基 因突变或激活原癌基因，从而导致恶性肿瘤风险增加。 影响插入突变的关键风险因素包括：1）载体的整合特征， 即插入位点的偏好性；2）载体的设计，如增强子、启动子等构建元件的活性，反式激活邻近基因的潜力；产生剪接突变 体的潜在剪接位点或多聚腺苷酸信号等；3）载体剂量；4）导入基因表达产物的功能活性（如与细胞生长调控相关）和 表达水平；5）靶细胞群的转化可能性，这可能与细胞的分化 状态、增殖潜力、体外培养条件和体内植入环境等有关。 基于已有科学经验和既往非临床/临床研究结果，如果认为基因修饰细胞所采用的载体系统可将外源基因整合到细 胞基因组中并可在体内长期存续，需综合分析以上风险因素， 评估潜在的插入突变风险和致癌性风险。非临床方面，应采 用具有代表性的基因转导细胞进行基因整合位点分析，分析 细胞的克隆组成以及在关注基因（如肿瘤相关调控基因）附 近有无优先整合迹象，含有关注整合位点的细胞有无优先异 常增殖。此外，还应在临床试验中频繁检测转导细胞的基因 插入位点和克隆性来监测和减轻与基因插入突变相关的致 癌性风险。 （四）载体动员（Vector mobilisation）和重组风险评估 应基于载体的选择、载体的设计、目标转导细胞群以及 目标患者人群评估载体与内源性病毒重组和动员的风险。如 果有证据显示此类风险增加，应开展相应的非临床试验评估 载体动员和重组的风险。 九、对特定类型基因修饰细胞产品的特殊考虑 （一）基因修饰的免疫细胞（CAR或TCR修饰的T细胞/NK细胞） 对于CAR或TCR修饰的免疫细胞，应尽可能采用多种方法评估其靶点相关毒性和脱靶毒性风险，如采用合适的动物 模型或体外方法、计算机预测等。 应采用体外方法深入分析靶抗原在人体器官、组织和细 胞中的表达分布情况，基因表达分析库和文献调研也可能会 有助于阐明靶抗原在不同病理生理状态下的表达是否存在 差异。应采用表达和不表达靶抗原的细胞作为靶细胞进行体 外试验，确认CAR或TCR修饰的免疫细胞可特异性的识别和 杀伤靶细胞。 对于CAR修饰的免疫细胞，应采用体外方法（如人质膜蛋白阵列技术等）评估其胞外抗原识别区（一般为抗体的单 链可变区片段）与人体膜蛋白的脱靶结合风险。 TCR修饰免疫细胞的脱靶毒性可通过评估TCR与人体自身抗原肽的交叉识别能力来评估。首先，应采用体外试验测 定TCR修饰的免疫细胞与人自身抗原肽-HLA（与递呈靶抗原 肽的HLA等位基因相同）复合物的亲和力，并说明抗原肽的 选择依据及选择范围。此外，还应研究其他相关或不相关的 蛋白中是否含有靶抗原肽序列。如果TCR与人自身抗原肽有 交叉反应可能，应确定靶抗原肽的最小识别基序（motif），并 采用计算机预测分析评估交叉反应性。如果计算机预测可识 别出具有潜在交叉反应性的抗原肽，应在体外测定TCR修饰 免疫细胞对表达相应蛋白或递呈相应抗原肽的的细胞的识 别能力。如果不能排除交叉反应性，应基于含有潜在交叉反 应性抗原肽的蛋白的表达模式以及TCR与潜在交叉反应性抗 原肽的亲和力来进行风险评估。为获得TCR与其他等位HLA 潜在交叉反应性的信息，应进行足够的HLA交叉反应性筛选。对于TCR修饰的T细胞，还应关注引入TCR链和内源性 TCR之间的错配可能性，应描述和说明旨在降低错配可能性 的TCR设计策略。 （二）诱导多能干细胞（iPS）来源的细胞产品 iPS细胞自身具有致瘤性风险，在体内可形成畸胎瘤。因此，非临床试验中应考虑进行致瘤性试验。体内致瘤性试验 建议采用掺入未分化iPS细胞的细胞产品作为阳性对照，以确 认实验系统的灵敏度。如果iPS细胞设计了自杀机制，应在体 内试验中确认/验证这种自杀机制的功能。 重编程可能会诱导细胞的表观遗传学改变，其后果尚不 完全清楚。为评估iPS细胞衍生细胞的表观遗传学改变所引起 的潜在异常特征，应采用体外和/或体内非临床试验来阐明细胞具有适当的行为和生理功能，毒理学试验还应评估细胞异 常行为引起的不良反应。应结合质量表征数据、非临床安全 性数据以及文献数据进行深入的风险评估，并就旨在保护患 者安全的风险减轻措施进行讨论。如果发现遗传学和/或表观 遗传学改变，应解决相应的安全性问题。 （三）基因编辑的细胞产品 对于基因编辑的细胞产品，应采用相关细胞进行体外在 靶和脱靶活性评估，以确认修饰酶或向导RNA对靶基因序列的特异性。虽然计算机分析可用于预测基因编辑的脱靶风险， 但选择的评价策略仍应包含体外全基因组测序比对，以证明 潜在脱靶位点未出现脱靶。应说明所选择的评价策略的合理 性和敏感性。此外，在评估脱靶活性时，还应评估种属特异 性的差异、细胞（病理）生理状态的差异或细胞类型的差异 对非临床数据预测性的影响。必要时，还应分析基因编辑对 细胞表型和生理功能的潜在影响。 参考文献 1. 细胞治疗产品研究与评价技术指导原则（试行），NMPA， 2017年. 2. Quality, non-clinical and clinical aspects of medicinal products containing geneticallymodified cells. EMA, 2020. 3. Preclinical Assessment of Investigational Cellular and Gene Therapy Products. FDA, 2013. 4. Guideline on Quality, Non-clinical and Clinical Requirements for Investigational Advanced Therapy Medicinal Products in Clinical Trials. EMA, 2019. 5. Long Term Follow-Up After Administration of Human Gene Therapy Products. FDA, 2020. 6. Guideline on the Non-Clinical Studies Required Before First Clinical Use of Gene Therapy Medical Products, EMA, 2008. 基因修饰细胞治疗产品非临床研究与评价技术指导原则（试行）.pdf征求意见反馈表.docx

p & nbsp strong 仪器信息网讯 /strong 2017年6月19日下午，由首都科技条件平台检测与认证领域中心、慕尼黑展览(上海)有限公司主办，首都科技条件平台生物医药领域中心、首都科技条件平台北京大学研发实验服务基地协办的“常见肿瘤临床诊断及治疗”主题沙龙活动在北京UCoffee悠咖啡成功举办。来自主办方、科研院校、仪器厂商及检测机构等20余名代表参加了本次沙龙。仪器信息网作为支持媒体也积极参加了本次活动。 /p p style=" text-align: center " img title=" 1.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/6409ac95-7a7a-46f8-93c8-7eb31861bc70.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 活动现场 /strong /p p 　　本次沙龙活动由北京科学仪器装备协作服务中心协作部部长苏立清主持，她谈到，肿瘤是一种高死亡率且发病率逐年升高的疾病，严重威胁人类的健康。近年来，随着医学影像学及体外诊断试剂技术的迅速发展，临床医学在肿瘤的早期诊断、疗效评估以及预后转归等方面均取得可喜的研究进展。为使肿瘤诊疗临床方面医务工作者、医疗影像医疗仪器研发工作者、体外诊断领域工作者深入了解肿瘤的诊疗全过程，本次沙龙特别邀请北京大学肿瘤医院放射科主任徐刚教授、中国人民解放军火箭军总医院放疗科赵志强教授作精彩报告并与大家座谈交流。 br/ /p p style=" text-align: center " img title=" 2.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/53f6d437-eacd-4b0b-a10e-041d640fad1b.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 北京科学仪器装备协作服务中心协作部部长 苏立清 /strong /p p 　　北京大学肿瘤医院放射科主任徐刚教授主讲了题为《癌症的早期诊断》的精彩报告，从癌症早期症状、望闻问切视触叩听、早期诊断新技术三个部分讲解了癌症早期诊断的全过程。癌细胞虽然能无限增殖化，但其修复能力差。因此，越早发现，越早治疗，癌症越有可能被治愈。徐教授谈吐风趣幽默，深入浅出地讲解了直肠癌、胃癌、食管癌、肺癌、胰腺癌、膀胱癌、皮肤癌、口腔癌、乳腺癌等多种癌症的早期症状。这些早期症状包括疼痛、大小便习惯改变、消瘦、发热、出血和分泌物、溃疡、结节肿块等，只要留心这些早期异常信号，及时治疗，就能将癌症消灭在萌芽阶段。徐刚特别介绍了一种肿瘤标记物——血清甲胎蛋白(AFP)，可通过检测该标记物来诊断肝细胞癌、生殖细胞癌、胚胎细胞癌、卵巢畸胎瘤、胃癌、胆道癌、胰腺癌等癌症。但是当患有肝炎、肝硬化、肠炎以及遗传性酪氨酸血症等良性病时，AFP也会升高，因此，在诊断时需要注意这一情况。 br/ /p p style=" text-align: center " img title=" 3.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/be1cd266-728c-4c59-b01b-a2755553d879.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 北京大学肿瘤医院放射科主任 徐刚教授 /strong /p p 　　中国人民解放军火箭军总医院放疗科赵志强教授在题为《常见肿瘤临床诊断及治疗概述》的报告中给大家介绍了肿瘤的综合治疗。综合治疗是指根据病人的身心情况，肿瘤的具体部位病理类型、侵犯范围和发展趋向，结合细胞分子生物学的改变，有计划地、合理地使用现有的多学科各种有效治疗手段，以最适当的费用取得最好的效果，同时最大限度的改善病人的生活质量。肿瘤综合治疗应遵循局部与全身、分期治疗、个体化治疗、生存率与生存质量并重、成本与效率并重、中西医并重的多项原则。之后，赵志强教授着重讲解了肿瘤的发生部位及诊治特点。发生在头部的常见肿瘤有脑胶质瘤、脑膜瘤、脑垂体瘤等，临床上多表现为头晕、头痛，脑胶质瘤还能引起为癫痫，治疗多以手术、伽马刀治疗为主。胸部常见肿瘤有食管癌、肺癌、乳腺癌等，食管癌多表现为进食哽咽感、吞咽困难等，治疗上多视具体情况以手术、放疗、化疗及靶向治疗相结合的疗法。腹部常见肿瘤有肝癌、胰腺癌、直肠癌等，肝癌、胰腺癌临床上多表现为腹胀、腹痛，直肠癌多表现为便秘、便血，治疗上多采用手术、放疗，对于肝癌有时也会采取介入、射频疗法。 /p p style=" text-align: center " img title=" 4.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/f27bf2a8-3e53-4ff4-a37e-5cbb459b6771.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 中国人民解放军火箭军总医院放疗科 赵志强教授 /strong /p p 　　本次沙龙活动现场气氛热烈，专家同与会人员面对面交流，为提问者当面答疑，成果显著。 br/ /p p style=" text-align: center " img title=" 5.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/ee84bb88-1c29-430f-941c-4b5a4c2de412.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 现场提问互动环节 /strong /p p 　　让我们共同期待下次科仪沙龙快些到来吧! /p

肿瘤异质性对癌症预后和治疗反应有显著影响。传统的基因组和转录组分析被广泛用于研究不同的癌症类型，在预测预后和对不同治疗的反应以及为癌症治疗提供靶点方面具有潜在作用。不同癌症类型的单细胞分析表明，肿瘤免疫微环境的详细信息在多种癌症类型之间共享。目前，自从发现检查点抑制剂以来，免疫治疗彻底改变了癌症治疗并引起了越来越多的关注。肿瘤免疫微环境由非细胞成分(血管、细胞外基质、信号分子等)和细胞成分(T细胞、髓细胞、成纤维细胞等)组成。尽管传统的基因组和转录组学分析，也强调免疫相关途径和计算方法，并已应用于预测免疫细胞成分，但技术限制阻碍了时间的精确表征。传统的批量基因组和转录组分析获得的信号均来自不同细胞，掩盖了特定细胞类型和状态的识别。原位杂交和免疫组织化学已被用于探索单个细胞的基因组、转录组和蛋白质组学特征，但其产量相对较低。流式细胞术能够分析数千或数百万个单细胞蛋白质组学图谱；然而，这些方法需要事先选择感兴趣的抗体。随着细胞分离和测序技术的突破，单细胞转录组测序已经能够在单次运行中在单细胞水平上对许多细胞进行无偏好的全基因组分析。单细胞转录组测序已被用于分析单个细胞的转录组学，用于解析细胞间的异质性。肿瘤免疫微环境在诊断、治疗和预测不同类型癌症的预后方面显示出了潜力。与传统方法相比，scRNA-seq可用于识别新的细胞类型和相应的细胞状态，加深了我们对肿瘤免疫微环境的理解。1.介绍了scRNA-seq的原理，并比较了不同的测序方法。2.根据肿瘤免疫微环境中新的细胞类型、持续的过渡状态以及肿瘤免疫微环境成分之间的相互通讯网络找到了癌症的预后预测和治疗的潜在靶点。3.总结出在肿瘤免疫微环境中应用scRNA-seq后发现的由癌症相关成纤维细胞、T细胞、肿瘤相关巨噬细胞和树突状细胞组成的新型细胞簇。4.提出了肿瘤相关巨噬细胞和耗尽的T细胞的发生机制，以及中断这一过程的可能靶点。5.对肿瘤免疫微环境中细胞相互作用的干预治疗进行了总结。几十年来，肿瘤免疫微环境中的细胞成分定量分析已被应用于临床实践，预测患者生存率和治疗反应，并有望在癌症的精确治疗中发挥重要作用。总结目前的研究结果，我们认为单细胞技术的进步和单细胞分析的广泛应用可以导致发现癌症治疗的新观点，并应用于临床。最后，作者提出了肿瘤免疫微环境研究领域的一些未来方向，并认为通过scRNA-seq对这些方向进行辅助。相关会议预告：8.30召开，点击报名scRNA-seq在刻画肿瘤免疫微环境中的应用scRNA-seq技术进展scRNA-seq程序主要包括单细胞的分离和提取、cDNA合成、核酸扩增、测序和数据分析。与传统的批量测序相比，scRNA-seq单个细胞中的RNA量相对较少。因此，需要更有效的扩增方法。研究人员已经成功建立了稳定的单细胞文库构建过程，以产生足够的cDNA用于测序。单细胞分离和捕获是scRNA-seq在不同方法中的基本程序。目前单细胞分离和捕获的常用方法。这些程序分为四大类：激光捕获微切割、油滴包裹技术、流式细胞荧光分选技术和微流控微孔技术。scRNA-seq技术的未来发展可能会降低成本并增加细胞产量，使scRNA-seq成为研究单个细胞转录组的标准工具。肿瘤免疫微环境的细胞成分肿瘤免疫微环境的细胞成分包括淋巴细胞(T和NK细胞)、髓细胞(巨噬细胞和树突状细胞)、成纤维细胞和其他免疫细胞。成纤维细胞传统上被归类为基质细胞，因为它们在构建细胞外基质中发挥着重要作用。在这里，作者将肿瘤免疫微环境的癌相关成纤维细胞包括在内，因为它们分泌丰富的促炎和抗炎因子来重塑免疫微环境。细胞毒性CD8+T细胞识别肿瘤细胞上的特异性抗原并随后消除它们，是免疫微环境最常见和最有效的免疫细胞。CD8+T细胞的细胞毒性功能依赖于CD4+T Th1细胞。其他CD4+T细胞，包括Th2细胞和Th17细胞，也促进肿瘤微环境中的免疫反应。调节性T细胞抑制肿瘤免疫微环境并加剧肿瘤进展。自然杀伤T细胞和自然杀伤细胞也参与其中。它们的受体识别肿瘤细胞，从而激活其他免疫细胞。作为先天免疫的重要组成部分，骨髓细胞，包括肿瘤相关巨噬细胞和树突状细胞，在肿瘤免疫微环境中发挥着重要作用。巨噬细胞通常分为促炎M1和抗炎M2表型。肿瘤相关巨噬细胞主要由M2巨噬细胞组成，通过产生生长因子和细胞因子促进肿瘤生长、肿瘤存活和血管生成。DC对于T细胞的抗原呈递至关重要，连接先天免疫和适应性免疫。癌症相关成纤维细胞在肿瘤免疫微环境中维持增殖和分泌调节因子，可分为炎症性CAF和肌纤维母细胞CAF。炎症性CAF具有较高的细胞因子和趋化因子分泌，而肌纤维母细胞CAF高度表达收缩蛋白，成纤维细胞对免疫微环境起相互抑制作用。研究表明，成纤维细胞募集M2巨噬细胞和调节性T细胞，抑制肿瘤微环境中的免疫反应。肿瘤相关成纤维细胞也被发现在某些情况下会支持抗肿瘤免疫。除了分泌抗体，B细胞还通过产生与T细胞相互作用的细胞因子参与细胞免疫。研究表明，B细胞抑制细胞毒性T细胞并诱导CD4+T细胞分化为调节性T细胞。B细胞也是最近引入的三级淋巴结构的重要组成部分，富含B细胞的三级淋巴结构与各种肿瘤的生存和免疫治疗反应有关。先前的研究强调了细胞成分在时间中的重要作用。然而，免疫细胞的鉴定常基于有限的细胞标记，并借助免疫组织化学。个体免疫细胞的转录组图谱是探索不同免疫细胞及其相应功能所必需的。为了理解细胞进化过程及其决定因素，有必要应用scRNA-seq观察每个细胞的转录动态。利用scRNA-seq探索免疫微环境的新发现聚类和注释对于解释scRNA-seq数据探索至关重要。根据细胞相似性对数据进行划分，挑战在于在不提供先验知识的情况下估计固有的簇数或密度。可能的解决方案是采用分层聚类方法来揭示细胞的分层结构，这也与细胞本体相一致。给定聚类方法产生的数据划分结果，需要细胞类型注释来提供生物学意义。注释的主要挑战是确定每个聚类中存在多少细胞类型，以及是否存在当前未发现的细胞类型。在实践中，研究人员通常首先识别每个聚类的标记基因，然后根据专业知识和文献对其进行注释。scRNA-seq使研究人员能够以更高的分辨率将免疫细胞分类为具有不同功能的亚群，描述了免疫细胞的常规亚型。利用scRNA-seq发现的淋巴细胞(T和NK细胞)、髓细胞(巨噬细胞和树突状细胞)和成纤维细胞的组成(图2)。人和小鼠样本的scRNA-seq表明，成纤维细胞可分为抗原呈递CAFs、癌症相关成纤维细胞或肌成纤维细胞。抗原提呈CAFs独特地表达主要组织相容性复合体(MHC)II类基因，包括激活CD4+T细胞的CD74。在结直肠癌中也观察到类似的抗原提呈CAFs亚群。乳腺癌症基因工程小鼠模型中成纤维细胞的scRNA-seq进一步鉴定了血管CAF、基质CAF、发育CAF和循环CAF。血管CAF、基质CAF和发育CAF似乎起源于固有成纤维细胞和恶性细胞发生上皮-间充质转化时的血管周围位置。循环CAF是血管CAF群体中增殖的部分。在其他小鼠模型中也发现了血管CAF和基质CAF，它们在患者乳腺肿瘤样本中是保守的，并且发现它们会增加乳腺癌症细胞的转移。提高CAF的分辨率为开发精确靶向CAF的药物提供了生物标志物。另一项关于乳腺癌症的scRNA-seq研究将调节性T细胞分为五类：共表达细胞毒性T淋巴细胞相关抗原-4的调节性T细胞、具有Ig和ITIM结构域的T细胞免疫受体，以及相互或仅表达相同基因的GITR和其他调节性T细胞，它们具有不同的功能。不同预后的患者具有不同比例的调节性T细胞簇，为个性化治疗提供了靶点。免疫微环境对T细胞和髓细胞进行了更详细的泛癌研究，发现存在颗粒酶K+T细胞、干扰素刺激基因+T细胞、杀伤细胞免疫球蛋白样受体在记忆性T细胞和NK细胞上表达、转录因子7+CD8+T细胞，ficolin 1+常规DC2、分泌性磷酸蛋白1+TAM，以及肿瘤微环境中的叶酸受体β+TAMs。基于scRNA-seq数据，免疫微环境还发现了新的免疫细胞亚群。葡萄膜黑色素瘤的scRNA-seq鉴定了以前未识别的细胞类型，包括主要表达检查点标记LAG3而不是程序性死亡-1或CTLA-4的CD8+T细胞。同时，在肝细胞癌中发现浸润耗尽的CD8+T细胞和具有高表达layilin的记忆T细胞的克隆富集，这些研究为癌症免疫治疗提供了新的靶点。因为CD8+T细胞是参与消除恶性细胞的主要成分。大肠癌CXC基序趋化因子的scRNA-seq鉴定配体BHLHE40+Th1样细胞与干扰素-γ调节转录因子BHLHE40。在不稳定肿瘤中，这些细胞对免疫检查点阻断有良好的反应，可能会提高免疫疗法的疗效。树突状细胞对于呈递抗原以激活肿瘤免疫微环境中的T细胞是必不可少的。胃癌的scRNA-seq揭示了一个新的树突状细胞簇，表达吲哚胺2,3-双加氧酶1和趋化因子C–C基序趋化因子配体(CCL)22、CCL17、CCL19和白细胞介素-32，它们参与T细胞的募集。胰腺导管腺癌的scRNA-seq还鉴定了除了常规细胞标记物之外还高表达吲哚胺2,3-双加氧酶1的树突状细胞簇。吲哚胺2,3-双加氧酶1对于催化色氨酸消耗和犬尿氨酸产生、抑制T细胞增殖和细胞毒性至关重要，这揭示了树突状细胞和T细胞之间的密切相互作用。此外，通过scRNA-seq鉴定了溶酶体相关膜蛋白3+树突状细胞，并且似乎是经典树突状细胞族的成熟形式。溶酶体相关膜蛋白3+DC可以迁移到淋巴结，并高度表达与T细胞相互作用的配体。这些表达特异性标记物的新型树突状细胞簇的发现为癌症免疫治疗提供了一个新的视角。使用scRNA-seq在肺腺癌中发现了肿瘤相关巨噬细胞的新特征基因，包括髓系细胞触发受体2、CD81、具有胶原结构的巨噬细胞受体和载脂蛋白E。此外，乳腺癌症的scRNA-seq表明，除了M2型基因如CD163、跨膜4域A6A和转化生长因子β1外，血管生成因子纤溶酶原激活剂、尿激酶受体和IL-8也在肿瘤相关巨噬细胞中表达。肿瘤相关巨噬细胞中这些新的基因特征图谱与患者生存相关，并为癌症治疗提供了新的潜在靶点。肿瘤样本scRNA-seq显示，一个肿瘤相关巨噬细胞亚群呈现出SPP1、巨噬细胞清除剂受体MARCO和MHC II类基因的高表达。MARCO和SPP1是巨噬细胞激活中的抗炎和免疫抑制信号，而MHC II类基因与促炎功能有关。其他scRNA-seq研究表明，肿瘤相关巨噬细胞经常同时具有促炎和抗炎特征。这一现象表明，肿瘤微环境中的巨噬细胞活化与传统的M1/M2极化不一致。图2：利用scRNA-seq揭示免疫微环境中的新的免疫亚群单细胞数据揭示免疫细胞进化大多数免疫细胞都处于细胞发育过程中。大量的免疫细胞处于发育轨迹的瞬态状态，而不是分化良好的细胞的离散状态。借助scRNA-seq和深入分析，研究人员可以探索分化细胞的特征、特定细胞类型的转变及其可能的机制。最常用的计算方法是拟时序分析。轨迹描述了细胞的发育过程，其特征是基因表达的级联变化。分支点代表细胞分化的显著差异。各种机器学习计算方法已被用于构建轨迹，包括Monocle3、DTFLOW、DPT、SCORPIUS和TSCAN，这些方法已在单独的综述中进行了评估和比较。由于肿瘤相关巨噬细胞和T细胞代表了免疫微环境中最丰富的免疫细胞类型，这里主要关注这两种细胞类型。scRNA-seq显示，TAMs经常共表达M1基因，包括TNF-α和M2基因，如IL-10，并且肿瘤相关巨噬细胞的分化和状态与其抗肿瘤作用直接相关。拟时序轨迹分析证实，肿瘤相关巨噬细胞在M1和M2表型之间连续转换。转录因子IRF2、IRF7、IRF9、STAT2和IRF8似乎在决定TAMs分化中很重要，并可作为表观遗传学靶点诱导肿瘤相关巨噬细胞的M1极化，从而产生促炎和抗肿瘤的微环境。使用环境刺激和抗原T细胞受体(TCR)刺激测定T细胞表型。不同状态的细胞之间TCR库的重叠，即TCR共享，也可用于研究T细胞的进化。结合scRNA-seq和TCR追踪在结直肠癌中发现20个具有不同功能的T细胞亚群。在黑色素瘤肿瘤的耗竭T细胞中发现了28个基因的耗竭特征，包括TIGIT、TNFRSF9/4-1BB和CD27，并且在大多数肿瘤的高耗竭细胞中也被发现上调。另一项关于T细胞的研究进一步鉴定了CD8+T细胞中的其他耗竭标记物，如LAYN、普列可底物蛋白同源物样结构域家族A成员1和突触体相关蛋白47。拟时序轨迹分析表明，T细胞在时间上处于连续激活和终末分化(衰竭)状态(图3)。已经进行了额外的研究来研究耗尽的T细胞的进化和逆转T细胞耗尽的潜在靶点。scRNA-seq与TCR分析相结合表明，功能失调的衰竭T细胞和细胞毒性T细胞可能在时间上与发育有关。因此，研究集中在CD8+T细胞从效应细胞到衰竭T细胞的过渡过程。scRNA-seq鉴定出两个CD8+T细胞簇为非小细胞肺癌中预先耗尽的T细胞。在肺腺癌中，预先耗尽与耗尽的T细胞比率与更好的预后相关。因此，在耗尽前中断预先耗尽的T细胞可能对癌症免疫治疗至关重要。由于免疫细胞和恶性细胞之间的密切相互作用，恶性细胞的进化在免疫细胞进化中也起着至关重要的作用。拟时序轨迹分析表明，转移性肺腺癌的轨迹分支不同于向纤毛细胞和肺泡型细胞的正常分化。受恶性细胞进化的影响，正常的骨髓细胞群体被单核细胞衍生的巨噬细胞和新型树突状细胞取代。T细胞也被发现会衰竭，从而构建免疫抑制的肿瘤微环境。同样，另一项研究表明甲状腺癌症细胞来源于乳头状甲状腺癌症细胞亚簇，其中构建了不同的肿瘤免疫微环境，导致预后显著恶化。图3：肿瘤相关T细胞和巨噬细胞的进化过程免疫微环境中不同细胞间的通讯网络免疫微环境上的细胞通讯与肿瘤进展有关。配体-受体相互作用是一种重要的细胞通讯类型，对于构建免疫微环境和识别潜在的治疗靶点至关重要。scRNA-seq是在细胞基础上进行的，这使得研究未发现的细胞相互作用变得可行。已经开发了许多基于scRNA-seq数据研究配体-受体相互作用的分析工具，包括iTALK、CellTalker和CellPhoneDB。这些工具利用了已知配体-受体对相互作用的数据库。其中，CellTalker利用差异表达的基因，而CellPhoneDB包括配体和受体的亚基结构。其他工具，如NicheNet，也考虑了受体细胞下游通路的变化。在肿瘤进展过程中，恶性细胞导致免疫细胞的募集和功能障碍，从而相互影响肿瘤的发生和恶性细胞的进化，形成恶性循环(图4)。发现TAMs通过表皮生长因子受体-双调节蛋白配体受体对与恶性细胞相互作用。在基底样乳腺癌细胞系中AREG的调节导致抗炎TAMs的招募。同时，基于scRNA-seq，发现了一种EGFR相关的反馈回路可促进胰腺腺鳞癌的进展。来源于TAMs的抑瘤素M也与其在恶性细胞上的受体相互作用，以激活信号转导子和转录激活子3。研究人员通过整合素受体与胶原蛋白、纤维连接蛋白、血小板反应蛋白1配体和富含亮氨酸重复序列的G蛋白偶联受体4-R-反应蛋白3的相互作用，发现CAF与胃癌细胞之间的通信，这些配体调节干细胞。此外，胰腺导管腺癌的scRNA-seq揭示了TIGIT与T细胞和NK细胞中的甲型肝炎病毒细胞受体2之间的相互作用，以及它们在恶性细胞中的相应配体PVR和LGALS9，导致免疫细胞功能障碍和胰腺癌症进展。因此，基于单细胞数据探索免疫细胞和恶性细胞之间的细胞相互作用提供了可能治疗靶点，以打破肿瘤进展的恶性循环。除了恶性细胞外，scRNA-seq和随后的分析还预测了免疫细胞之间在时间上的相互作用，这表现出相反的功能(图3)。例如，研究发现TAM降低了CXCL12-C-X-C基序趋化因子受体3和CXCL12-CXCR4的相互作用，增强了鼻咽癌细胞毒性T细胞和Tregs之间的CD86-CTLA-4相互作用，导致肿瘤免疫微环境加重癌症进展。此外，CAFs通过分泌CXCL12募集Tregs，并通过periostin与M2巨噬细胞相关。图4：免疫微环境中的细胞通讯网络基于scRNA-seq的肿瘤免疫微环境的临床应用和潜在靶点几十年来，临床实践中一直采用时间的量化来预测患者的生存率和对治疗的反应。利用免疫组化分析的免疫评分，量化肿瘤中的原位免疫细胞浸润。与传统的免疫评分相比，scRNA-seq在免疫微环境上提供了前所未有的渗透免疫细胞分辨率。已经鉴定出与预后相关的新的免疫细胞簇。例如，在早期复发的肝细胞癌中发现了一种独特的低细胞毒性先天性样CD8+T细胞表型。这些T细胞过表达KLRB1，同时下调共刺激和耗竭相关分子，包括肿瘤坏死因子受体超家族、成员9、CD28、诱导型T细胞共刺激因子、TIGIT、CTLA-4和HAVCR2。这种T细胞簇的浸润与癌症的不良预后相关。此外，基于scRNA-seq的细胞相互作用也被计算在预测模型中。基于细胞间通讯相关基因构建了机器学习模型，以预测肺腺癌的复发。将八个细胞间通讯相关基因和患者的临床信息相结合，获得了0.841的受试者-操作者特征曲线下面积。除了预后预测外，肿瘤免疫微环境中独特的细胞相互作用也与免疫疗法的反应有关。scRNA-seq分析发现，抗PD-1治疗的应答者和非应答者之间存在不同的细胞-细胞通信网络，有可能预测患者对抗PD-1疗法的反应。因此，在scRNA-seq的帮助下，可以更准确地预测患者的预后和对免疫疗法的反应。利用scRNA-seq在精准医学中具有启发性，例如帮助靶向治疗克服耐药性。例如，医生在使用替比法尼治疗的非CR肌肉浸润性膀胱癌症患者治疗前后应用患者衍生异种移植物的scRNA-seq。在治疗后的PDX中发现PD-L1的上调，并降低了免疫细胞的抗肿瘤作用。因此，选择了用PD-L1抑制剂进行额外治疗。随后，患者获得了良好的反应。此外，在单药耐药性肿瘤中，通过scRNA-seq鉴定了新的免疫亚型。用抗集落刺激因子1受体阻断TAMs不能减少胆管癌的肿瘤进展。scRNAs-eq鉴定了表达APOE的粒细胞髓系衍生抑制细胞的补偿富集，其介导T细胞抑制。TAMs和粒细胞性骨髓源性抑制细胞的双重抑制与抗CSF1R和抗淋巴细胞抗原6复合物、基因座G治疗联合增强了小鼠的免疫检查点阻断效果小鼠模型，这在临床实践中很有前景。除了治疗耐药肿瘤外，scRNA-seq在免疫微环境上的应用也突出了需要进一步研究的潜在新靶点。T细胞是免疫微环境中去除恶性细胞最重要的免疫细胞。然而，在不同的肿瘤中，耗尽的CD8+T细胞会导致不利的预后。除了众所周知的免疫抑制检查点外，scRNA-seq还鉴定了高表达内皮前体蛋白、酪氨酸酶相关蛋白1和内皮素受体B型的耗尽CD8+T细胞，这些细胞可以作为新的潜在靶点。髓细胞是免疫微环境招募免疫细胞所必需的。通过scRNA-seq鉴定TREM2/APOE/补体组分1，q亚组分阳性巨噬细胞浸润为透明细胞肾癌复发的预后生物标志物。另一项研究证实，小鼠中靶向TREM2的抗体与缺乏MRC1+和CX3CR1+巨噬细胞以及表达免疫刺激分子的髓系簇的扩增有关，这促进了T细胞反应并导致更好的预后。细胞相互作用也可以用作治疗靶点。肝内胆管癌的scRNA-seq揭示了血管CAFs与肝内胆管细胞之间的串扰。血管CAFs分泌的IL-6诱导Cajal间质细胞细胞的表观遗传学改变，从而增强恶性肿瘤。因此，IL-6信号在Cajal间质细胞的中断变得非常有趣。表1总结了scRNA-seq显示的癌症治疗的潜在靶点。表1：scRNA-seq显示的癌症治疗的潜在靶点总结scRNA-seq可以绘制全面的肿瘤免疫微环境细胞图谱，为各种肿瘤的临床应用提供了新的视角。此外，免疫微环境的细胞成分和通讯为癌症治疗提供了潜在靶点，并有助于精确医学的发展。技术的进步和单细胞分析的广泛应用可以发现癌症治疗的新观点，助力临床研究。作为突破性的新技术，单细胞分析技术有望逐渐取代传统的整体样本二代测序。单细胞分析技术在临床和药物开发方面的应用前景更为广阔，可以代替或补充分子、细胞和组织病理检测的现有技术，也可以用于新兴的细胞治疗。

简介作为一种成像技术，磁共振成像（MRI）广泛应用于日常临床诊疗中。为了在检查过程中增强对比度，可以使用几种不同的造影剂。由于五个或七个不成对电子具有出色的顺磁性，因此最常使用Fe3+、Mn2+或Gd3+。因游离形态的Gd3+具有毒性，此探针与氨基羧酸一起作为复合物给药。大多数钆造影剂（GBCA）是全身分布的，一些靶向特异性GBCA也正在研究中。图1 Gadofluorine P的结构Gadofluorine P是一种靶向造影剂，对富含胶原蛋白的细胞外基质（ECM）具有高亲和性，ECM在发生心肌梗塞（MI）时分泌。多模式生物成像技术能够可视化靶向造影剂的分布。使用激光剥蚀与电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）以高空间分辨率在元素水平上生成定量图像，而基质辅助激光解吸电离质谱（MALDI-MS）用于在分子水平上验证研究结果，提供更多分布信息，例如磷脂或血红素b的分布。材料和方法动物实验此项动物实验在明斯特大学医院临床放射学研究所Moritz Wildgruber教授的研究小组进行。使用诱导心肌梗塞六周的小鼠，注射照影剂Gadofluorine P后进行MRI检查。小鼠被处死后，取出心脏并快速冷冻。用冷冻切片机制备厚度为10μm的切片。标准品制备对于LA-ICP-MS分析，用明胶制备基体匹配标准品，用于外标 校正。明胶（10%w/w）添加9种不同浓度，范围为0至5000 μg/g Gd。另制备了厚度为10μm的标准品切片。样品制备对于MALDI-MS成像分析，将切片放置于氧化铟锡（ITO）涂层的载玻片上。先用升华法涂敷α-氰基-4-羟基肉桂酸（CHCA）至组织表面，然后用500μl水和50μl甲醇混合溶液喷雾于组织表面2.5分钟进行再结晶。分析条件对于LA-ICP-MS分析，使用Tygon管，将ICPMS-2030与激光剥蚀系统LSX-213 G2+（Teledyne CETAC）连接，此系统配有HelEX II池和波长为213nm的Nd-YAG激光。氦气用于剥蚀池的冲洗和传输。ICP-MS 2030配有镍采样锥和截取锥。在碰撞模式下，31P、57Fe、66Zn、158Gd和160Gd的积分时间为100ms条件下进行测量。每种标准品的标准曲线使用了10个浓度水平进行分析，并且同样的条件下分析了样品（表1）。表1 LA-ICP-MS的实验条件MALDI-MS分析使用了配有离子阱-飞行时间（IT-TOF）质谱分析仪iMScope TRIO。选择正离子模式，质量范围为m/z 700到1200。其他实验条件列于表2中。基质使用iMLayer升华20分钟。表2 MALDI-MS的实验条件结果LA-ICP-MS用基体匹配标准品进行的外标法定量分析结果显示，在高达5000μg/g的浓度范围内存在良好的线性关系，相关系数R2为0.997。采用15μm光斑尺寸时，基于158Gd的检测限（LOD）为43ng/g Gd，定量限（LOQ）为140ng/g Gd（根据Boumans[1]算出）。图2 小鼠心脏组织切片的H&E染色图2所示为连续切片的苏木精伊红染色结果，检测出心肌梗塞的区域（以黑线标出）。图3 两个连续切片的显微图像（a.和b.）；经LA-ICP-MS测定的Gd定量分布（c.）；Gadofluorine P的配体分布（d.）；配体结构及理论峰值（青色条）、MALDI-MS测定峰值（黑线）（e.）图3所示为两个连续切片的显微图像（a.和b.）。使用LA-ICP-MS（c.），检测到健康心肌中Gd的均匀分布，平均浓度约为50μg/g。梗塞区的Gd浓度高两倍，约为110μg/g，最高值可达370μg/g。由于静脉注射造影剂的作用，心室中也存在较高浓度的Gd。这些分布可以通过MALDI-MS成像进行验证（d.）。该实验中，只能检测到Gadofluorine P的质子化配体，而不是完整的复合物（e.）。结果显示，主峰m/z 1168.39的质谱成像图与LA-ICP-MS检测的Gd分布具有良好的相关性。在心机梗塞和心室区发现了分子探针的最高强度，而健康心肌则显示出低而均匀的强度。结论 该应用表明，元素选择性（LA-ICP-MS）和分子选择性（MALDI-MS）成像技术的组合是可视化心机梗塞后小鼠心脏组织中靶向钆造影剂分布的有力工具。通过LA-ICP-MS技术实现了高空间分辨率和定量，并通过MALDI-MS在分子水平上验证了其分布。参考文献[1] P.W.J.M.Boumans, Spectrochimica Acta 1991, 46 B, 641-665.文献题目《Gadofluorine P多模式生物成像分析用于小鼠心肌梗塞研究》使用仪器岛津iMScope TRIO作者Rebecca Buchholz1、Fabian Lohofer2、Michael Sperling1,3、Moritz Wildgruber4、Uwe Karst11 明斯特大学无机和分析化学研究所 2 慕尼黑工业大学放射学研究所3 明斯特欧洲物种分析虚拟研究所（EVISA） 4 明斯特大学医院临床放射学研究所声明1、本文不提供文献原文。2、所引用文献仅供读者研究和学习参考，不得用于其他营利性活动。本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

p 　　华中科技大学科研团队揭示了肿瘤微环境中肿瘤细胞与免疫细胞相互调节机制。《临床研究杂志》近日在线发表了该成果。 /p p 　　近年来，随着肿瘤免疫治疗，特别是Car-T细胞免疫治疗技术和免疫节点治疗在临床上的成功，深入研究肿瘤微环境对免疫细胞功能的调节机制具有重要的基础研究意义。 /p p 　　华中科技大学基础医学院免疫学系杨想平团队的研究发现，在小鼠模型中，皮下移植的肿瘤细胞在小鼠中生长更快，尾静脉注射的肺腺癌肿瘤细胞向肺转移结节在小鼠中明显增多，血管增多，巨噬细胞向促肿瘤表型极化增强。 /p p 　　杨想平团队和病理系王国平团队合作发现，在人的临床肺腺癌患者组织中，肿瘤细胞能通过其代谢产物调控巨噬细胞囊泡水解酶表达，从而使肿瘤相关巨噬细胞在肿瘤微环境中编程重组为促进肿瘤生长的免疫细胞。 /p p 　　该研究还发现囊泡水解酶表达高低可作为肺腺癌重要的预后标志，因此具有重要的临床意义。 /p p /p

通过交叉科学研究，提出并发展生物医学前沿新技术，是提高重大疾病治疗效果的重要手段。胶质瘤是发病率和死亡率最高的中枢神经系统肿瘤，其中胶质母细胞瘤（GBM）是最恶性的肿瘤，也被称为“癌中之王”。临床上治疗GBM以外科手术为主，同时辅助放化疗，但是效果非常有限；以手术和替莫唑胺联合治疗为例，5年生存率小于5%。因此，亟需开发新型高效的GBM治疗策略。 GMB治疗棘手的原因主要有三方面。首先， 血脑屏障（BBB） 的存在阻止了药物进入中枢神经系统，需要发展更有效的药物递送策略；其次，单一化疗药物的使用易导致耐药性的产生，需要联合新的肿瘤杀伤手段；另外，GBM具有复杂的肿瘤微环境，对其快速生长和向周围组织的浸润起到重要作用，在治疗的过程中不容忽视。 近日，中科院过程工程所生化工程国家重点实验室 魏炜 研究员、 马光辉 院士、深圳市第二人民医院 李维平 教授，作为共同通讯作者 在 Signal Transduction and Targeted Therapy 期刊发表了题为： Exploration and functionalization of M1-macrophage extracellular vesicles for effective accumulation in glioblastoma and strong synergistic therapeutic effects 的研究论文。 该研究基于工程化细胞外囊泡发展了“ 免疫调控-化学动力-乏氧激活 ”多级联动的治疗新策略，为胶质母细胞瘤的治疗带来了新思路。针对胶质母细胞瘤治疗难题，过程工程所生化工程国家重点实验室基于具有定向趋化能力的巨噬细胞的细胞外囊泡 （EVs） 和工程化的设计，提出了“免疫调控-化学动力-乏氧激活”多级联动的治疗新策略，并联合深圳市第二人民医院交叉合作，进行了个体化创新药物制剂的研发。 研究团队首先基于胶质瘤患者的临床样本和小鼠模型进行了免疫组化的研究，发现胶质瘤恶性程度越高，肿瘤组织中浸润的M2型巨噬细胞/M1型巨噬细胞的比例也相应更高，并且这些巨噬细胞大多来源于外周血。在此基础上，研究团队提出了以M1巨噬细胞EVs作为载体，一方面可以利用M1巨噬细胞的趋化特性在GBM部位大量蓄积，另一方面可以通过调控巨噬细胞表型实现GBM微环境的免疫调控。图1 胶质瘤样本中巨噬细胞的表型及其来源分析：a. 胶质瘤患者临床样本中巨噬细胞表型分析示意图；b. 不同级别胶质瘤中M1、M2和Ki67（细胞增殖指标）的分析；c. 基于TCGA数据库分析不同级别胶质瘤中M2/M1比例；d. 基于TCGA数据库分析胶质瘤患者瘤内M2/M1比例与生存曲线的关系；e. GBM组织中小胶质细胞和M1巨噬细胞的共定位分析；f. 免疫荧光染色分析GBM组织中小胶质细胞和M2巨噬细胞的共定位；g. 小鼠胶质瘤样本中巨噬细胞表型分析示意图；h. 在不同胶质瘤细胞系（U87MG、G422和GL261）中M1、M2和Ki67的分析；i. 免疫荧光染色分析不同鼠胶质瘤组织中小胶质细胞和M1或M2巨噬细胞的共定位情况；图中标尺均为50 μm 研究团队进一步在M1EVs的细胞膜和内腔差异化装载了化学激发分子对 （CPPO和Ce6） 以及乏氧药物 （AQ4N） ，以此将肿瘤微环境调控、化学激发动力学及肿瘤乏氧治疗合理有序地集成于M1EVs递送系统中。上述仿生剂型 （CCA-M1EVs） 静脉注射后，M1EVs可以携带上述组分穿过BBB进入GBM病灶，进而实现多级联动治疗：M1EVs调控免疫微环境产生大量过氧化氢，从而激发CPPO和Ce6生成自由基 （ROS） ，同时该反应消耗氧气激活细胞毒性药物AQ4N。借助上述作用的协同，在小鼠原位胶质瘤模型和患者来源的 （PDX） 模型上显著抑制了疾病的进程，大幅延长了生存期。图2 基于M1EVs的仿生剂型构建方案、抗肿瘤机制及PDX疗效：a. 仿生剂型的构建示意图；b. 仿生剂型在GBM模型中的累积及免疫调节、化学激发动力学和乏氧触发化疗的协同作用示意图；c. 基于光声成像分析仿生剂型在PDX小鼠GBM病灶中的累积；d. 各组PDX小鼠的抑瘤效果（20天核磁成像）；e. 各组PDX小鼠的生存期分析；f. 各组PDX小鼠的TUNEL分析（标尺50 μm） 十余年来，过程工程所生化室魏炜研究员和马光辉院士创制了一系列仿生递送新剂型，利用其体内的天然路径和属性，在动物模型上成功用于肿瘤、传染病、炎症性疾病的防治，并且部分剂型已通过医院伦理批准进入个体化临床前和临床研究。 深圳市第二人民医院 王晓君 博士和丁辉博士为该论文的共同第一作者，中科院过程工程所生化工程国家重点实验室魏炜研究员、马光辉院士和深圳市第二人民医院李维平教授为共同通讯作者。论文链接 ： https://www.nature.com/articles/s41392-022-00894-3

空间代谢组学：单细胞空间代谢流分析新方法原创 飞飞 赛默飞色谱与质谱中国 关注我们，更多干货和惊喜好礼刘甜生物体内的代谢物和脂质不仅是细胞的关键组成模块，它们在信号传导、表观基因组调控、免疫、炎症和癌症发展中同样具有重要作用和意义。代谢组学分析是我们了解、评估生物体、器官和细胞状态的重要方式。而单细胞技术通过展示组织内部甚至单克隆细胞之间的细胞异质性，将生物学研究推进至新维度。质谱成像（MSI）技术可以从样品中创建特定化合物的图像，这些图像是由样品表面获得的数千个质谱生成的。每个记录的质谱都会为图像贡献一个像素，而每个质谱中的峰都可以生成一个图像。与其他成像方法相比，MSI无需化合物标记，可实现非靶向分析。本次与大家分享的是一篇最新发表于bioRxiv上的有关单细胞空间代谢流分析方法的文章[1]。研究人员基于AP-SMALDI Orbitrap平台开发了一种命名为“13C-SpaceM”的新方法，通过13C标记的葡萄糖示踪葡萄糖依赖性脂肪酸从头合成途径（glucose-dependent de novo lipogenesis）。本方法应用超高分辨率的基质辅助激光解吸/电离实现了单细胞质谱成像，并通过全离子碎裂模式（AIF）模拟了脂肪酸分析前处理过程中的皂化反应，对包括甘油磷脂在内的主要脂质中的脂肪酸部分实现了共同分析。超高灵敏度、高分辨质谱检测器为单细胞内脂肪酸同位素检测提供了准确的定性、定量结果。研究人员通过鼠肝癌细胞的常氧-低氧模型，对检测方法进行了验证，确认方法的有效性。之后应用本方法分别检测了ATP柠檬酸裂解酶基因敲降（ACLY knockdown）鼠肝癌细胞以及携带异柠檬酸脱氢酶（IDH）突变的小鼠胶质瘤脑组织切片，通过比较脂肪酸的同位素丰度变化评估脂肪酸从头合成比例以及外源性脂肪酸摄取的变化。分析结果揭示了在脂肪酸从头合成过程中，乙酰辅酶A池（Acetyl-CoA pool）中存在大量的空间异质性，这表明在微环境适应过程中发生了代谢重编程。01研究背景脂质在生物体生命过程中承担着多种重要作用，多数脂质是由脂肪酸合成而来。成年哺乳动物体内的细胞通常由血液中摄取脂肪酸，而脂肪、肝脏以及癌细胞还可以Acetyl-CoA为底物，从头合成脂肪酸[2]。Acetyl-CoA经过一系列代谢反应，可以生成含有16个碳的饱和脂肪酸棕榈酸（16:0），之后棕榈酸发生碳链延长或去饱和反应生成不同的饱和、不饱和脂肪酸，从而影响脂质组成。而Acetyl-CoA同样有多种来源，除了葡萄糖经由TCA循环生成的柠檬酸在ACLY作用下生成Acetyl-CoA以外，在缺氧环境下，葡萄糖后续代谢产物丙酮酸会转化为乳酸，从而无法合成Acetyl-CoA、进入脂肪酸合成途径。在此情况下，谷氨酰胺可通过还原羧化反应生成柠檬酸，进而合成Acetyl-CoA [3,4] 。另有文献报道，缺氧环境下的癌细胞还可以将乙酸作为脂肪酸合成的前体 [5,6] 。而Acetyl-CoA除了作为脂肪酸合成底物以外，对于蛋白翻译后修饰、基因表达等均有重要作用。通过监控脂肪酸合成和Acetyl-CoA代谢间的互动可以帮助我们深入理解癌细胞的生存状态。02分析方法大气压MALDI成像分析是通过AP-SMALDI5离子源配合Q Exactive plus高分辨质谱仪实现的。激光像素设置为 10×10 µ m，激光衰减器角度设置为33°。质谱在负离子模式下采用一级全扫描和全离子碎裂（AIF）扫描模式。AIF模式的隔离范围为 m/z 600-1000，扫描范围为m/z 100-400，分辨率 140k，最大注入时间500 ms，碰撞能量NC 25%。（图1）图1. 单细胞代谢流质谱成像分析流程（点击查看大图）MALDI分析前后，分别应用显微镜检测，确定细胞影像位置及MALDI消融标记位置。通过检测MALDI的消融标记，将其与细胞影像叠加，并通过应用数学公式进行解卷积，从而整合显微镜图像和MALDI图像。实现了应用MALDI成像质谱检测到的单细胞分子轮廓。（图2）图2. 整合显微镜和MALDI-MS分析结果实现单细胞质谱成像（点击查看大图）03鼠肝癌细胞常氧-低氧模型单细胞成像分析鼠肝癌细胞在添加25 mM的12C-葡萄糖或U-13C-葡萄糖后，用含1mM醋酸、2 mM谷氨酰胺和10%透析胎牛血清的无葡萄糖DMEM细胞培养基培养，在37°C、5% CO2的培养箱中在常氧（20% O2）或低氧（0.5% O2）条件下培养72小时。选择72小时的时间点是为了确保棕榈酸的同位素标记已经达到稳态。（图3）在低氧条件下培养的细胞被表达绿色荧光蛋白（GFP）标记。在共培养实验中，常氧和低氧细胞使用胰酶分离，每种条件下混合10000个细胞，在同一张玻璃片上进行培养，并在固定之前允许其附着3小时。图3. 由稳定同位素标记的13C6-葡萄糖生成细胞质Acetyl-CoA以及后续的脂肪酸和脂质合成途径（点击查看大图）通过质谱一级全扫描分析，质谱成像共检测到64种脂质，包括磷脂酸（PA）、磷脂酰肌醇（PI）、磷脂酰乙醇胺（PE）、磷脂酰丝氨酸（PS）等。具体脂质鉴定结果经过了常规LCMS脂质分析确认。在AIF模式下，检测到了11种含量最高的脂肪酸，相应检测结果同样与常规LCMS分析结果相符。为了验证本方法，研究人员检测了常氧-低氧培养的鼠肝癌细胞混合样本。通过对氨基酸同位素峰的定量分析，发现13C标记的棕榈酸（M0）主要在正常细胞中检出，而缺氧细胞中的棕榈酸以未标记状态（M+0）为主。通过GFP标记结果的对照，证明了本方法可以通过同位素峰分布有效识别不同培养状态的细胞。图4. 在常氧（GFP阴性）和低氧（GFP阳性）条件下的原代鼠肝癌细胞共培养模型的显微镜和质谱成像结果（点击查看大图）图5. 通过GFP标记验证识别不同培养模式细胞的准确性（点击查看大图）04单细胞Acetyl-CoA池标记水平分析研究人员使用了两种表达不重叠的shRNA序列（ACLYkd oligo1和ACLYkd oligo 2）细胞系以及一个对照组细胞系。通过使用1 μg/mL的四环素处理细胞72小时实现了ACLY沉默。质谱成像数据是以10 μm的像素大小获得的，每个细胞的平均面积为550μm2，平均每个细胞有12个像素。通过应用二项式模型计算每个细胞的acetyl-CoA池标记程度p值，从而量化细胞质中acetyl-CoA池中从葡萄糖衍生的同位素标记acetyl-CoA的比例。测试结果与预期相符，ACLYkd细胞中的acetyl-CoA池标记水平低于对照组。值得注意的是，两种ACLYkd细胞之间的差异非常明显。ACLYkd oligo1的结果呈双峰分布，p值的差异明显较大，表明该细胞系存在两个亚群体。其中一个模式显示的p值与对照组相近，说明存在一个“沉默失败”的细胞亚群。ACLYkd oligo1第二个模式具有的p值明显则低于ACLYkd oligo 2，表明ACLYkd oligo 1中还存在一个“强沉默”的亚群，在这些细胞中，沉默效率非常高，导致acetyl-CoA同位素标记比例大幅降低。在ACLYkd oligo 2中，acetyl-CoA池的标记程度以及GFP报告基因强度显示出更均一的分布。M+2峰是最能表现出ACLYkd oligo1细胞中“强沉默”群体的低acetyl-CoA标记表型的质谱峰。M+8峰则为对照组细胞的特征标记峰。M+2和M+8之间的差异可以作为显示异质性的指标，用于展示葡萄糖对细胞质中acetyl-CoA的相对贡献。因此，13C-SpaceM能够检测ACLY敲降细胞中的异质性，并识别不同的亚群体。这种单细胞和空间异质性无法通过整体分析揭示，显示了13C-SpaceM方法的独特优势。图6. 细胞ACLY敲降后acetyl-CoA的同位素标记程度分析（点击查看大图）05肿瘤组学中氨基酸合成异质性的空间组学分析研究人员分析了从横向植入表达突变型异柠檬酸脱氢酶（IDH）和红色荧光蛋白（RFP）的GL261胶质瘤细胞的小鼠大脑组织切片。在采集组织前的48小时，小鼠被喂食未标记的或含有U-13C葡萄糖的液体饮食。首先，研究人员分析了12C-葡萄糖饮食的肿瘤携带小鼠大脑切片中的酯化脂肪酸组成。通过比较质谱TIC与显微镜明场和荧光成像，发现整个大脑（包括肿瘤区域）的质谱离子响应很高（图7a）。测试过程中，肿瘤区域与组织切片的其余部分分别采用10μm和50μm激光分辨率进行分析。对不同脂肪酸的空间分析揭示了在非肿瘤携带的脑半球组织中，脂肪酸丰度存在高度的异质性，我们可以仅根据它们的脂肪酸组成来识别的某些结构，如胼胝体和前连合部，这两个区域都富含油酸（18:1）且棕榈酸（16:0）、硬脂酸（18:0）和花生四烯酸（20:4）的含量低。有趣的是，尽管棕榈酸、油酸、硬脂酸和花生四烯酸在肿瘤和周围的大脑组织中的含量相似，肉豆蔻酸（14:0）和棕榈酸（16:1）在肿瘤组织中则明显增加。与大脑其它部分相比，肿瘤中必需脂肪酸亚麻油酸（18:2）和α/γ亚麻酸（18:3）也明显增高。之后，研究人员分析了喂食含有U-13C葡萄糖饮食的小鼠肿瘤组织，从肿瘤组织中选择性分离出的5种主要从头合成的脂肪酸的同位素分布（图7c）。三种饱和脂肪酸肉豆蔻酸（14:0）、棕榈酸（16:0）和硬脂酸（18:0）的13C摄入丰度较高，同位素分布最大分别可至M+10，M+12和M+14。其中，肉豆蔻酸M+0的强度极低，几乎完全源自脂肪酸从头合成。由于肉豆蔻酸对一些重要信号蛋白的翻译后修饰很重要，这一发现表明胶质瘤可能选择性地上调肉豆蔻酸的合成以促进自身生长。相比之下，两种单不饱和脂肪酸，棕榈酸（16:1）和油酸（18:1）的M+0同位素的相对丰度较高。硬脂酸和油酸的M+2同位素丰度明显增加，表明它们是由未标记的前体（即棕榈酸和棕榈酸）延长形成的。研究人员进一步利用棕榈酸的同位素分布计算acetyl-CoA池中源自葡萄糖的比例，发现肿瘤组织内的该比例同样具有显著的空间异质性（图7d）。图7. 小鼠脑胶质瘤组织内部脂肪酸代谢空间异质性分析（点击查看大图）总结本文作者开发了一种全新的单细胞代谢流成像检测方法，将超高激光分辨率的大气压MALDI与高分辨率、高灵敏度的质谱检测器相结合，对细胞和肿瘤组织内的葡萄糖依赖性脂肪酸从头合成途径实现单细胞层面的空间分析。不仅为单细胞水平空间探测代谢活动提供了新的方法，还为正常和癌症组织中的脂肪酸摄取、合成和修饰分析提供了前所未有的视角。参考文献：1. Buglakova E, Ekelö f M, Schwaiger-Haber M, et al. 13C-SpaceM: Spatial single-cell isotope tracing reveals heterogeneity of de novo fatty acid synthesis in cancer. Preprint. bioRxiv. 2024 2023.08.18.553810. Published 2024 Feb 28. doi:10.1101/2023.08.18.5538102. Rö hrig F, Schulze A. The multifaceted roles of fatty acid synthesis in cancer. Nat Rev Cancer. 2016 16(11):732-749. doi:10.1038/nrc.2016.893. Metallo CM, Gameiro PA, Bell EL, et al. Reductive glutamine metabolism by IDH1 mediates lipogenesis under hypoxia. Nature. 2011 481(7381):380-384. Published 2011 Nov 20. doi:10.1038/nature106024. Wise DR, Ward PS, Shay JE, et al. Hypoxia promotes isocitrate dehydrogenase-dependent carboxylation of α-ketoglutarate to citrate to support cell growth and viability. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011 108(49):19611-19616. doi:10.1073/pnas.11177731085. Kamphorst JJ, Chung MK, Fan J, Rabinowitz JD. Quantitative analysis of acetyl-CoA production in hypoxic cancer cells reveals substantial contribution from acetate. Cancer Metab. 2014 2:23. Published 2014 Dec 11. doi:10.1186/2049-3002-2-236. Schug ZT, Peck B, Jones DT, et al. Acetyl-CoA synthetase 2 promotes acetate utilization and maintains cancer cell growth under metabolic stress. Cancer Cell. 2015 27(1):57-71. doi:10.1016/j.ccell.2014.12.002如需合作转载本文，请文末留言。

遗传性平滑肌瘤和肾细胞癌（HLRCC associated RCC）是常染色体显性遗传肾癌，由延胡索酸酶基因FH的胚系或体系突变、缺失以及甲基化失活导致。与其他常见的肾细胞肿瘤相比，HLRCC associated RCC具有Ⅱ型乳头状肾癌特点，也会偶发集合管癌和透明细胞癌等。该型肿瘤常表现为单侧或单病灶，呈囊性，或囊性实性混合生长，且侵袭性远强于其他肾细胞癌，在肾原发病灶较小且局限时（1.5厘米），也可能出现淋巴结转移或远处转移，转移部位常见于肺，预后极差。由于FH-缺陷患者队列研究的不足，迄今缺乏有效药物和标准治疗方案。临床诊断主要通过基因测序或组织病理学或医学影像分析进行术前诊断，但疾病的复杂性和多样性使得早期诊断较为困难，因此对于该疾病的诊断新方法亟待探索。2023年4月13日，上海交通大学医学院附属儿童医学中心郑亮团队和仁济医院张进，徐云则团队合作，在Journal of Clinical Investigation（影响因子IF=19.477）在线发表题为Circulating succinate-modifying metabolites accurately classify and reflect the status of fumarate hydratase-deficient renal cell carcinoma的研究论文。 研究团队在多年研究基础上，组建了全国范围的多中心延胡索酸酶基因突变携带者队列，阐明了基因延胡索酸酶失活突变在肿瘤与携带者中的代谢异常机制。揭示血液小分子suc-cys和suc-ado可以准确诊断延胡索酸酶的胚系或体系突变，其AUCROC=0.97，为临床上遗传性平滑肌瘤和肾细胞癌的诊断提供了新的视角。 △HLRCC-associated患者I/II期和III/IV期的Kaplan-Meier总生存期分析（点击查看大图）研究队列由来自 16 个中心的 252 名参与者组成：其中FH 缺陷 (FH-MT) RCC 患者77例，临床分型为I、II、III 和 IV 期；77例FH-MT患者中70例携带种系突变，7例为散发性突变，涉及错义、无义、移码和大规模缺失。在所有 FH-MT 患者中，47 名有家族史。FH-野生型 (FH-WT) RCC (n=88) 患者是新招募的，包括各种亚型的患者。以及新招募的无肿瘤 (NC) 个体的正常对照和 9 岁和性别匹配。我们首先对 77 名 FH-MT RCC 患者进行了 Kaplan-Meier 生存分析，显示 I/II 期患者的平均生存期明显长于 III/IV 期患者（P = 0.007），表明早期诊断具有明显的生存获益。△HLRCC-associate病人血浆的组学分析（点击查看大图） 本研究共使用了 n = 268 份血浆样本。来自 10 名 FH-MT RCC 患者、10 名 FH-WT RCC 患者和 10 名 NC 个体的样本 (n = 30) 被选为发现集。单独的验证集 (n = 238) 包含 67 个 FH-MT 样本、78 个 FH-WT 样本和 77 个 NC 样本。主成分分析结果表明，肿瘤中 FH 遗传状态和疾病阶段的血浆代谢物的潜在聚类，来自 ROCAUC 分析的前 20 种代谢物使 FH-MT 样品与其他两组的样品清晰分离。涉及氨基酸代谢、脂类代谢、TCA循环及核苷酸代谢途径。其中 suc-cys、suc-ado、琥珀半胱氨酸-甘氨酸 (suc-cys-gly) 和肌酸核苷水平具有很强的相关性，并且似乎是肿瘤负荷的最佳预测因子，被确定为监测 FH 变异患者和肿瘤负担潜在生物标志物。△FH突变型和野生型PDX小鼠模型血浆生物标志物的关联（点击查看大图） 进一步采用移植患者来源的肿瘤异种移植物 (PDX)，以监测真正的人类肿瘤对血浆代谢物的影响，FH 突变型小鼠肿瘤的生长速度与野生型相当。在FH 缺陷型 PDX 的小鼠血浆中，检测到suc-ado、suc-cys 和 suc-cys-gly，并随时间推移，随着肿瘤生长成比例地增加。这些结果表明，suc-cys和suc-ado具有出色的反映肿瘤状态的敏感性。更重要的是，皮下肿瘤手术切除后一天血浆代谢物降至基础水平。△HLRCC-associated患者的临床诊断效能（点击查看大图） 为了验证发现集和小鼠临床前模型的结果，我们采用独立验证集进行了验证，其中包含来自 67例 FH突变型患者、FH野生型患者和 67个健康受试者的 238 个血浆样本。通过同位素标记的内标对 suc-ado 和 suc-cys 的血浆浓度进行了定量分析。结果表明，两种代谢物在 FH突变型病人血浆中均显着升高。 Suc-cys和suc-ado 可以显著区分健康受试者与FH突变型患者，ROCAUC = 0.983，suc-ado 的 ROCAUC = 0.930。以及突变型及野生型FH RCC（suc-cys: ROCAUC = 0.980 suc-ado: ROCAUC = 0.923）。提示所选择的Suc-cys和suc-ado，可作为常规筛选 FH 突变携带者，以及 RCC 患者分型的生物标志物。△HLRCC-associated诊断与代谢机制示意图（点击查看大图） 进一步的机制研究显示，在小鼠模型中，肿瘤微环境中肾脏组织的蛋白级联和协同作用导致肿瘤来源的多肽转化为小分子suc-cys和suc-ado。 本文总结 目前对于高转移性肾癌，除了在早期阶段的肿瘤切除外，尚无有效的治疗方法。作者筛选的suc-cys和suc-ado，可靠地反映了基因突变状态和肿瘤负荷，在早期诊断，转移复发和预后的效果都较好，填补了肾癌肿瘤代谢标志物的空白。研究团队的成果对于寻找适合快速诊断、筛查和监测的无创血浆生物标志物的探索，为出生基因缺陷型健康筛查和复发难治型肾癌的精准治疗带来新希望。 作者信息上海交通大学医学院附属儿童医学中心研究员郑亮为第一作者和通讯作者，上海仁济医院泌尿科张进教授为共同通讯作者，伍小宇为共同作者。文章中非靶向代谢组学，脂质组学，以及标志物定量使用Thermo Q Exactive Plus完成。

团队用靶向给药微纳米机器人在小鼠身上做了实验。他们用了乳腺癌细胞种植的皮下肿瘤模型，对30只小鼠跟踪了30天。团队发现，这种方法对小鼠肿瘤确有靶向杀伤作用，且对周围正常组织的影响最小。　　上映于1966年的科幻电影《神奇旅程》，讲了这么一个故事：为给一名科学家实行高难度血管手术，5名医生被缩小成头发丝大小，置于针筒中，注射进他体内。5人驾驶着“潜艇”，躲过了免疫细胞的攻击，一路乘风破浪，成功完成任务。　　50多年过去，当初的幻想，已经部分成为了现实。微纳米医疗机器人，就被认为是一种颇具前途的智能给药平台，目前被广泛用于肿瘤的靶向治疗。　　近日，北京航空航天大学机械工程及自动化学院“卓越百人”副教授、博士生导师冯林课题组，研究出了一种新的更为智能的肿瘤靶向机器人。它有了伪装，还有了导航，能够在磁场的驱动下，精准抵达战场，投掷杀伤肿瘤的弹药。　　让巨噬细胞吞下纳米药物，变身微纳米机器人　　让纳米机器人装载药物，到达指定地点，定向治疗炎症或清除肿瘤，这是医学纳米技术的终极目标之一。但传统微纳米机器人在人体内的运动，其实靠的是分子之间的结合力，这是一种“被动靶向”，难免脱靶。“就好比我们知道，人群中具有某种特质的两类人可能会碰上。但茫茫人海中你最后碰上的是不是想要的人，其实要打一个问号。”冯林说。　　而且，也如当初那部电影里所展示的，被注射进人体内的纳米机器人，稍有不慎，就会遭到兢兢业业工作的免疫细胞的攻击。　　能不能让这类医疗机器人更为安全且精准地到达要去的地方？　　2016年从日本回国后，冯林就一直思考这个问题。在北航机器人所的支持下，冯林和陈华伟老师合作申请获批了国家重点研发计划—机器人重大项目“靶向给药微纳米机器人”。在一次讨论中，陈华伟问可不可以让活细胞作为载体。这句看似很随意的提问提醒了冯林：直接让活的细胞吞进载药纳米颗粒变身微纳米机器人行不行？　　他们想到了巨噬细胞——这是一种喜欢吞食并处理异物的细胞。　　合适的载体和“伪装”找到了，接下来，就是设计机器人的“导航系统”。　　磁性纳米颗粒可以由磁场来控制，药物释放可以利用红外或者超声波。几乎是从零开始，冯林团队自行设计了复合磁控系统。他们从电子线圈开始设计，一点点调整、摸索技术参数。磁性纳米颗粒进入小鼠体内后，通过这套系统，他们可以在体外对其行走路径进行高精度控制。　　再接下来，就是让磁性纳米颗粒装载药物，并让它在合适地点，通过合适方式，释放药物。　　这款机器人其实设计有许多层。在阿霉素外层，是聚乙二醇，一种具有良好水溶性的高分子化合物；再外一层，是吲哚菁绿，它是药物研究中常用的荧光标记物，帮助科研人员判断机器人所在的位置。最后他们还包裹了一层脂质体，它具有非常高的生物相容性。　　团队还为机器人设计了一个开关——近场红外光。近红外光穿透表层皮肤，磁性纳米颗粒吸收光线，产生热量，会释放出阿霉素。　　如此一来，纳米机器人基本实现“指哪打哪”的效果。　　“接收指令，执行指令，完成任务，在我们做机械的人眼中，具备这些能力的，才是智能的机器人。”冯林说。　　团队用靶向给药微纳米机器人在小鼠身上做了实验。他们用了乳腺癌细胞种植的皮下肿瘤模型，对30只小鼠跟踪了30天。团队发现，这种方法对小鼠肿瘤确有靶向杀伤作用，且对周围正常组织的影响最小。　　9月，纳米科学领域权威期刊《小》（Small）以封面文章的形式报道了课题组的研究成果。　　在机械学院，他们建立生物医学实验室　　冯林的团队中，有好几个医学生物专业出身的博士。在他的机械实验室里，还有一块专门区域，用来做生物医学实验。　　所以，你能看到这样一个略显奇特的景象——实验室里，有各类机械模型，有专业级的显微镜，以及小白鼠。　　去采访时，由于已经结束了上一轮的实验，小白鼠所剩不多，正在笼子里踱来踱去，安度余生。　　冯林是“80后”，本科学的电子信息工程，硕士专业是生物机器人，博士留学日本名古屋大学，跟着导师新井史人教授一头扎进了更为微观的世界——微纳米机器人。　　回国后，冯林来到北航，获得北航“卓越百人”，加入了机械学院张德远老师领导的仿生与微纳系统研究所，之后又得到北京市“科技新星”资助。北航提倡“医工结合”，冯林也被聘入了北京市生物医学工程高精尖中心，更深入地进入到医疗机器人领域。　　“不能只是炒概念，说纳米机器人未来能如何如何。”冯林一直存着这个念头，就是要真正把纳米机器人打入体内，真正杀死体内的肿瘤细胞。　　就在不久前，冯林指导的学生团队凭借Medcreate磁悬浮胶囊机器人在第七届中国国际大学生“互联网+”创新创业大赛中获得本科生创意组全国第五名。　　它用到的技术，也是“复合场磁控”。　　这是一款主动可控高速图像传输型胶囊机器人，能对胃部等大体积消化道器官进行全方位无死角视频探查。胶囊机器人可以悬浮运动，无需改变患者体位，就能完成整个胃部的覆盖式检查。　　冯林为学生取得的成绩高兴，但他也知道，要完善各类治疗型的微纳米机器人，还“路漫漫其修远兮”。　　从小鼠到人体，从试验到临床，还需要一步步完善和摸索，这并非坦途。“你要舍得花一辈子的时间。”冯林说。

光域生物医学完成数千万天使轮融资——自主知识产权的在体流式细胞检测技术（点击查看此前报道）光域生物医学宣布已经完成天使轮融资，由专业医疗投资机构苇渡创投独家投资。本轮融资资金主要用于研发投入和临床技术创新。公开资料显示，光域生物医学科技（苏州）有限公司成立于2022年4月，其核心技术是国际首创并具有自主知识产权的在体流式细胞检测技术，基于该技术可实现免抽血、实时、动态、连续、无创、定量检测/监测人体或动物循环系统中的细胞、分子、纳米颗粒等目标物质，获取多维度的科研或临床数据，直接反映人或实验动物体内环境真实的分子、生理、代谢、药物等方面的参数和状态，区别于传统离体检测方式。光域生物医学即将上市发布的IVFC-1000系列科研仪器将成为国际上首台基于IVFC技术的商用仪器，开创一项全新的活体细胞学检测方法，并具有完全自主知识产权。魏勋斌教授开发“体内流式细胞术”(IVFC)癌症是人类生命的巨大威胁，癌症转移是癌症患者死亡的主要原因。循环肿瘤细胞(ctc)是肿瘤转移的临床生物标志物之一。目前检测血液样本中ctc的体外方法都是基于ctc在外周血中的分布不随时间发生显著变化的假设 然而，最近的研究对这种方法的正确性提出了挑战。由于连续抽取患者或实验动物的血液，研究CTC计数的每日振荡是不现实的，理想的方法是在体内长时间监测CTC。在发表于《光科学与应用》(Light Science & Application)杂志上的一篇新论文中，以上海交通大学医学- x研究所和生物医学工程学院、北京大学生物医学工程系魏勋斌教授为首的一组科学家，和同事开发了一种非侵入性光学方法来监测异种移植瘤模型中的ctc。他们开发的光学系统被命名为“体内流式细胞术”(IVFC)，这与传统的“体外”流式细胞术不同，后者只能在体外检测荧光标记的细胞。在IVFC中，调整激光聚焦于实验小鼠耳的微动脉。当荧光标记的CTC通过光片时，荧光被激发并被光电倍增管(PMT)检测。为了说明这种光学结构的意义，血液循环中的ctc可以无创、反复、连续检测。“我们的IVFC技术不同于目前用于CTC检测的实验室或临床方法。操作系统不需要抽血。由于反复采血不会破坏生物环境，因此我们可以长期定期、无创地监测ctc。”他们说。通过这项技术，他们在前列腺癌原位小鼠模型中监测了24小时内不同癌症进展阶段的gfp表达ctc。在CTC计数方面，他们观察到，在夜间开始时，也就是啮齿动物的活跃阶段，每天都有惊人的振荡。在第6天、第12天、第18天和第24天用IVFC实时检测ctc，结果显示在转移性循环早期出现了明显的爆发活性。结果表明，前期爆发的概率高于后期。“这些发现可能会扩展我们对ctc和时间框架之间关系的理解。ctc并非全天均匀分布于血液中。他们在白天和晚上是不同的。提示昼夜节律可能调节CTC释放。临床检测ctc时应考虑到这一因素。”“ctc似乎比人们预期的更复杂。本研究为我们提供了一个影响临床CTC检测的潜在因素。了解CTC是否昼夜变化和爆发，从而加深对其分布规律的认识，是非常重要的。IVFC技术不需要在不同的时间点采血，重复的采血过程可能会改变生物环境。毫无疑问，我们越来越了解ctc和癌症转移。ctc的检测比以往任何时候都更加精确。”生物学家和临床医生说。用血管代替流动室，IVFC和FCM相似在使用这种类型的IVFC检测CTC之前，需要对感兴趣的细胞进行标记。 基于荧光的IVFC的基本原理与传统的FCM相似，只是使用生物体内的天然血管代替常规流式细胞仪中的流动室。 当荧光标记的细胞通过聚焦在血管上的激光束的狭缝时，可以激发它发射荧光。 然后可以通过PMT检测该信号（结构详见下图）。 因此，可以长时间获得生物信息而无需抽血。参考文献Wei Xunbin,Zhou Jian,Zhu Xi et al. A Noninvasive and Real-Time Method for Circulating Tumor Cell Detection by In Vivo Flow Cytometry.[J] .Methods Mol. Biol., 2017, 1634: 247-262DOI:10.1038/s41377-021-00542-5文献作者：魏勋斌，博士，博士生导师，博雅特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者，SPIE（国际光学工程组织）Fellow（会士）。1993 年于中国科技大学物理系光电子技术专业获学士，1999 年获美国加州大学 Irvine 分校生物物理学博士，1999-2001 年在哈佛大学从事博士后研究。2001-2006 年任哈佛大学生物医学光学中心研究助理教授。2006 年回国，国内工作期间获得国家杰出青年科学基金、教育部新世纪优秀人才、科技部 973 国家重大基础研究计划、国家传染病重大专项、国家自然科学基金仪器专项、上海市领军人才、上海市优秀学科带头人、上海市曙光学者、上海市浦江人才计划等项目资助。共发表 NATURE、PNAS、NATURECOMMUNICATIONS 等 100 余篇，总影响因子400，他引 3600 余次。获得国家三类医疗注册证一项，国内外专利20 余项。1）可用于肿瘤光学早期检测的“在体流式图像细胞仪”； 2）在体肿瘤光学分子影像技术及近红外纳米光学探针技术； 3）活体光学细胞操纵技术研究； 4）激光医学与老年痴呆症的光治疗技术。

自然杀伤细胞（Natural killer cells，NK细胞）是一种固有免疫细胞，通过杀伤靶细胞、诱导靶细胞凋亡或分泌细胞因子来发挥对肿瘤的免疫监视功能。NK细胞不仅在控制血液系统肿瘤及肿瘤转移中发挥关键作用，而且其在实体肿瘤中的浸润水平与患者的预后密切相关。免疫检查点分子（Immune checkpoints）是随着对肿瘤微环境和肿瘤免疫逃逸机制的深入研究，近年发现的一组介导免疫调节的重要分子，对免疫应答的适时中止发挥着重要的作用。　　近日，中国科学院深圳先进技术研究院的研究团队在《Science Advances》杂志发表了题为“TIPE2 is a checkpoint of natural killer cell maturation and antitumor immunity”的论文。研究人员对正常状态下的人和小鼠外周NK细胞进行了单细胞转录组分析，发现NK细胞在功能成熟过程中存在着对应NK细胞从“不成熟”到“成熟”分化过程的几个亚群，并且早前被报道具有介导免疫耐受功能的肿瘤坏死因子α诱导蛋白8-2（tumor necrosis factor-α-induced protein-8-like2，TIPE2）分子伴随着NK细胞的成熟而表达逐渐升高，呈现出与NK细胞成熟相关的表达特征。通过建立NK细胞特异性缺失TIPE2的小鼠模型发现，缺失TIPE2后，NK细胞成熟亚群的水平有提升，且NK细胞在群体水平和单细胞水平均具有更强的效应功能。通过建立小鼠肿瘤模型，进一步发现NK细胞缺失TIPE2之后显著抑制了肿瘤细胞在体内的生长，并伴随着肿瘤浸润NK细胞水平的增加与功能分子表达水平的提高。　　研究表明，TIPE2是负调控NK细胞功能成熟与抗肿瘤免疫应答的检查点分子，靶向TIPE2可能促进基于NK细胞的抗肿瘤免疫治疗策略。　　论文链接：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8443187/pdf/sciadv.abi6515.pdf　　注：此研究成果摘自《Science Advances》杂志，文章内容不代表本网站观点和立场，仅供参考。

受访专家： 　　欧阳学农，南京军区福州总医院肿瘤科主任、主任医师，国家中西医结合肿瘤重点学科主任、国家药物临床试验机构(肿瘤专业)主任、全军中医药学会副会长、全军肿瘤专业委员会常委，《临床肿瘤学杂志 》编委、《肿瘤学杂志 》编委，从事肿瘤临床工作近30年。 　　牵头或参与国际和国内药物临床试验项目20项，与美国 M.d. Anderson 癌症研究中心、加拿大UBC 大学、日本爱知癌症中心、中国医科院肿瘤医院、军事医学科学院等国内外著名肿瘤研究机构保持广泛合作。 　　“40%—50%的淋巴癌患者病因是病毒感染，但现在九成食品中含有添加剂，这也可能是淋巴瘤发病的重要原因之一。”国家中西医结合肿瘤重点学科主任欧阳学农主任医师日前告诉记者，加工食品中滥用的非法食品添加剂已经成为导致淋巴癌发病重要因素之一。 　　食品添加剂或可导致淋巴细胞变异 　　“在长期过量食用食品添加剂的不良影响下，有可能促使淋巴细胞在生长过程中发生变异，增加患上淋巴瘤的风险。”欧阳学农说。 　　据了解，淋巴癌是发生于淋巴结的恶性肿瘤，除了我们平时所知道的颈部、腋窝、腹股沟等处会长肿块之外，还可能存在于全身各处，比如脑淋巴瘤、肺淋巴瘤、胃淋巴瘤、口腔淋巴瘤等。 　　“人越年轻，淋巴细胞就越有活力，也就越容易得淋巴癌。恶性淋巴瘤多发生在20岁到40岁的青壮年。”欧阳学农说，淋巴癌的产生原因仍然不明确，与人自身免疫防御系统缺陷、病毒感染、化学物质、射线、基因突变等有关，如今，当人类的食物97%都含有添加剂时，几千种添加剂充斥我们的生活时，对于癌症的重新认识，应当谨慎考虑添加剂这一风险因素。 　　食品添加剂是人为添加到食品中的天然物质或人工合成的化学物质，在使用标准范围以下，人体的代谢能力可以降解出去，是相对安全的，但是一旦超过标准，过量的添加剂就会沉积在体内伤害各个器官，造成病变甚至致癌。尽管尚未有人类肿瘤的发生和食品添加剂有关的直接证据，但许多动物实验已证实大剂量的食品添加剂能诱使动物发生肿瘤。 　　“淋巴系统是身体重要的防御系统，就像人体的‘军队’，它可以帮助身体抵抗各种病原体，像细菌、霉菌等，让我们免于疾病的侵害。和这新病原体‘作战’的淋巴细胞容易在食品添加剂的不良影响下，有可能发生变异，直接或间接影响淋巴瘤的形成。”欧阳学农说。 　　动物实验多证实添加剂有致淋巴瘤作用 　　“许多动物实验已证实大剂量的食品添加剂能诱使动物发生淋巴瘤。”欧阳学农说。 　　如亚硝酸钠是食品添加剂亚硝酸盐的一种，国外试验证实，同时服用乙胺丁醇和亚硝酸钠，小鼠淋巴瘤的发生率提高，而单用乙胺丁醇对淋巴瘤发生率无影响。 　　作为人造甜味剂之一的蔗糖素，常用于食物和饮料。然而，美国食品药品管理局(FDA)在批准蔗糖素的报告中明确指出：在一个老鼠淋巴瘤突变试验中，科学家发现蔗糖素具有轻微的诱变性，根据检测致癌物的一种标准方法——艾姆斯试验结果，蔗糖素被消化时分解的物质也有“轻微的诱变性”。 　　“一些非法的添加剂致癌作用就更不用说了。”欧阳学农告诉记者，苏丹红作为一种非法食品添加物，对人体具有潜在致癌性，国际癌症研究机构将苏丹红一号归为三类致癌物，主要基于体外和动物试验的研究结果：苏丹红一号在特定存在的条件下，对小鼠淋巴细胞具有致突变作用。 　　此外，有的食品添加剂本身即可致癌，作为牛奶酸化剂的花楸酸、淀粉变性剂的琥珀酐、面包防硬剂的聚氧化乙烯乙醇硬脂酸等，在动物实验中都具有致癌活性 有的添加剂可在使用过程中，与食品中的存在成分发生作用转化为致癌物质，如能保持肉色鲜嫩的亚硝酸盐，会与蛋白质代谢后产生的胺类物质结合，形成亚硝胺，具有很强的致癌性。其他种类的防腐剂如苯甲酸、苯甲酸钠、山梨酸等，经毒理研证，较多剂量的摄入，也会影响人体的正常机能，削减人的免疫力，这就为人体细胞的变异提供了前提。 　　加工食品多含添加剂 自己动手最健康 　　“食品添加剂最主要的作用是为了让快速生产出的食品，看起来更鲜亮、闻起来更香，吃起来可口、保质期更长，同时由于它大多来自边角边料，所以有可能价格更便宜。”欧阳学农说，食品加工商为了让食品在经历漫长的运输和保存之后仍旧色彩诱人、香气扑鼻，绞尽脑汁的合成和添加各种食品添加剂。 　　如加入次亚氯酸钠可以给切过的蔬菜杀菌，让蔬菜更鲜亮 加入苯甲酸钠可以让碳酸饮料保持新鲜口感 加入碳酸氢钠可以使曲奇饼干膨松可口 加入环己基氨基磺酸钠(甜蜜素)能增加蛋糕和饮料的甜度 加入胭脂红，可以让食物的颜色红亮诱人。 　　“一个三餐都通过这些食品解决的成年人，每天添加剂摄入量约为10克左右，种类高达六七十种。”欧阳学农说，“要想远离他们，最好自己购买新鲜食品原料，亲自烹饪。” 　　“购买的食物加工度越高，使用的添加剂也越多。如果一味追求方便快捷，必然要牺牲健康，甚至是生命。”欧阳学农说。 　　———————— ■相关链接 —————————— 　　发热、消瘦、盗汗 或是淋巴瘤症状 　　淋巴癌临床早期症状不痛不痒、隐匿不易察觉，很多患者会将发烧等症状与感冒病症混淆。因此，有三种常见并发症要注意： 　　发热，体温长期徘徊在38℃—39℃之间，有持续高热，也有间歇低热，少数有周期热。消瘦，多数病人有体重减轻的表现，在短时期内减少原体重的10%以上。盗汗，夜间或入睡后出汗。 　　欧阳学农强调，并不是所有的淋巴结肿大都是癌，其中不少是炎症或良性病变等正常反应。此外，直径超过一厘米大小的肿块才有临床检查的意义，所以，发现异常时要警惕，及时就医，但不要过分紧张。 　　早期的淋巴瘤，通过以放疗为主的治疗手段就能治愈，到了中晚期的时候，需要用化疗为主的手段。欧阳学农主任指出，确诊患了淋巴瘤不必害怕，大量临床实验证实，50%—60%早期患者使用免疫化疗可以被治愈，晚期也有30%—40%的治愈率，疾病能否治愈的关键是首次治疗是否成功。 　　他提醒，工作压力大的白领、经常熬夜的人、长期过度疲劳者、经常处于电子辐射或射线环境者，都需要定期自查，触摸身体表层是否有肿大的淋巴结。平时，多接受日照，生活规律 尽量不要在新房装修好后即入住 购买新车后，进行甲醛测试，并保持较长时间开窗通风。此外，常吃葡萄、茶叶、海带、大豆、红萝卜、番茄、香蕉、橘子、菠菜等碱性食物，防止酸性废物的累积。

2023年11月8日，由山西农业大学王金明教授、海军军医大学梁晓及美国威斯康星大学Hector H. Valdivia 团队共同在国际一流期刊《Materials Today Bio》(IF= 8.200)中发表了题为“OpiCa1-PEG-PLGA nanomicelles antagonize acute heart failure induced by the cocktail of epinephrine and caffeine”的文章。在急性心脏疾病中，通过钙素（calcin）作用于利亚诺定受体（RyR）减少肌浆网中的Ca2+含量，是一种潜在的干预策略，可用于减轻β-肾上腺素能应激触发的SR Ca2+过载。然而，作为一种含有33-35个氨基酸的球形肽，calcin主要对抗轻度的室性早搏（PVCs）或和双向室性心动过速（BVTs），而不是严重持续性的双向室性心动过速（BVTs）或多形性室性心动过速（PVTs）。像大多数肽类药物一样，calcin在体内具有快速的代谢率，其半衰期甚至不到2小时，因此，有必要通过增加心脏局部浓度来提高其药效，并通过长效的药剂学方法延长其作用持续时间。本研究通过将calcin家族中最活跃的成员Opticalcin1（OpiCa1）与最常见的无毒纳米载体PEG-PLGA聚合物连接，首次合成了Opticalcin-PEG-PLGA（OpiCa1-PEG-PLGA）纳米胶束。作者发现，OpiCa1-PEG-PLGA纳米胶束在拮抗肾上腺素和咖啡碱引起的致命性急性心衰方面具有与OpiCa1几乎相同的作用，并具有良好的心脏靶向性、自稳定性和低毒性，研究还发现OpiCa1-PEG-PLGA纳米颗粒可在体内保持长期低浓度的OpiCa1。主要实验方法1.纳米胶束的制备： 使用特定的配方制备了OpiCa1-PEG-PLGA纳米胶束，确保其稳定性和有效性。2.动物模型： 使用相关的动物模型模拟急性心力衰竭，实验对象接受肾上腺素和咖啡因的混合物。3.纳米胶束给药： 给实验组注射OpiCa1-PEG-PLGA纳米胶束，对照组分别接受安慰剂或其他干预措施。4.监测指标：监测各种心脏参数，如心率、血压和生化标志物，以评估纳米胶束对急性心力衰竭的影响。在研究中，作者将5-8周龄的ICR小鼠，分为对照组、PEG-PLGA组、OpiCa1组和OpiCa1-PEG-PLGA组（n = 6）。静脉注射PEG-PLGA、OpiCa1和OpiCa1-PEG-PLGA纳米胶束12 h后，使用上海勤翔IVScope 8000小动物体内成像系统监测纳米胶束的分布情况。结果表明，与FITC标记的PEG-PLGA的分散分布相比，FITC标记的OpiCa1和OpiCa1-PEG-PLGA纳米细胞在12 h内更集中在心脏组织中，在体内表现出良好的心脏靶向性。该研究表明，OpiCa1-PEG-PLGA纳米胶束在对抗由肾上腺素和咖啡因联合引起的急性心力衰竭方面具有潜在的治疗作用。需要进一步的研究和临床试验来验证这些发现，并探索OpiCa1-PEG-PLGA纳米胶束在治疗心脏急症中的转化潜力。

癌症仍然是威胁人类健康最大的敌人之一，虽然目前针对癌症的治疗方案有了很大的发展，但是癌症治愈难并且治疗费用高的现状仍然不会在短时间内得到改善。因此，除了在治疗阶段应对癌症外，早期的诊断检出仍然是降低肿瘤死亡率的重要手段。除常规筛查外，内源性肿瘤标志物的检测成为当前发展的新兴技术，其中包括CTC，ctDNA以及肿瘤外泌体等的检测。内源性标志物检测的难点在于体内标志物会快速清除且检测背景高以及体内无法富集都是导致它们应用难以推广的重要原因。为解决这个难题，美国斯坦福大学医学院的Sanjiv Gambhir博士团队对免疫细胞中的巨噬细胞进行改造，成功在小鼠肿瘤模型中实现肿瘤细胞的早期检测和跟踪标记。其主要策略是：通过对巨噬细胞进行改造，在肿瘤诱导产生的M2型巨噬细胞的启动子后面标记上生物发光的标记。当在肿瘤环境中，可以更加诱导巨噬细胞向M2型分化，并启动荧光素酶基因的表达。利用该策略可以检测出转移瘤以及皮下瘤的发生。目前，这项技术可用于检测直径小至4毫米大小的肿瘤，不仅更加优于常规肿瘤体积检测，而且与常见生物标志物检测相比，如体外RLU方案，CEA指标检测方案 ，ctDNA，qtPCR方案等检测，表现出更高的灵敏度。参考文献Sanjiv S. Gambhir et al. Engineered immune cells as highly sensitive cancer diagnostics. Nature Biotechnology (2019).

近日华中科技大学同济医院刘争教授团队、昆士兰大学余迪教授团队联合复旦大学华山医院张文宏教授团队、上海交通大学仁济医院沈南教授团队等共同合作完成首个具有创新性和原创性重大研究成果，其阐明了硒蛋白GPX4特异性调控滤泡辅助性T（TFH）细胞稳态的新机制，并首次证实补硒可显著上调T细胞内GPX4水平促进TFH细胞功能，进而促进健康人群接种疫苗后的抗体分泌水平，提高疫苗免疫作用。相关研究成果已发表在国际顶级免疫学期刊《Nature Immunology》（自然杂志子刊，IF：25.606，JCR 1区）。图1｜国际知名期刊《Nature Immunology》（IF:25.606，JCR1区）目前，预防病毒感染最有效的手段之一就是疫苗接种，其核心机制是通过诱导TFH细胞介导体液免疫应答，进一步产生保护性抗体及免疫记忆。但是，如何通过干预TFH细胞介导的体液免疫应答，提高疫苗的免疫保护力，一直都是科学家们努力探索的方向。然而目前临床上仍无有效方法调控TFH细胞，究其原因，在于维持TFH细胞的稳态机制尚不明确。因此，明确TFH细胞分化及死亡机制，是开发新型疫苗和提高疫苗保护力的关键。2017年，研究团队初步发现人体可以通过补充硒元素特异性激活TFH细胞功能，且对其他T细胞亚群无显著性影响。这个有趣的发现提示研究者：硒元素与TFH细胞亚群存在某种神秘的关联，可能是解密硒调控免疫功能的关键突破点。研究者在进一步研究后发现，TFH细胞存在一种不同于其他T细胞亚群的新型细胞程序性死亡方式-铁死亡（ferroptosis）。其中，TCR （T细胞抗原受体）和PD-1/L1共同作用是诱发TFH细胞内脂质ROS水平显著上升、从而发生铁死亡的关键因素。▲铁死亡的主要机制是，在二价铁或酯氧合酶的作用下，催化细胞膜上高表达的不饱和脂肪酸，发生脂质过氧化，从而诱导细胞死亡；此外，还表现为抗氧化体系（谷胱甘肽GSH和谷胱甘肽过氧化物酶4-GPX4）的表达量的降低。另外，研究证实，硒蛋白GPX4是清除生物膜上脂质ROS的主要蛋白酶，是铁死亡至关重要的调节因素。研究者在T细胞特异性缺失GPX4小鼠模型中发现，GPX4缺陷小鼠体内TFH细胞数量和比例均显著低于正常小鼠，导致B细胞功能缺陷，无法产生高亲和力保护性抗体。但是，通过补充硒元素能有效提高T细胞内GPX4水平。基于对机制的研究，研究者设计了一项补硒干预人群疫苗接种效果的临床试验。60名健康成年志愿者被随机分成补硒组（30天的补硒（200 μg硒/天））和对照组（正常饮食），然后，所有志愿者接种当季流感疫苗。研究人员发现补硒组志愿者的免疫细胞中的GPX4水平显著上调，会进一步激活TFH细胞功能，并显著促进了疫苗接种后的中和抗体滴度。图2｜免疫印迹实验步骤及成像结果成像结果显示，实验CD4+ T细胞中，对照组与补硒组GPX4蛋白的表达水平，对照组的水平保持稳定，补充硒后， GPX4 表达水平上调文章中，通过Western Blot实验对CD4+ T 细胞GPX4蛋白表达水平进行成像检测，其实验成像检测系统为博鹭腾GelView 6000 Pro全自动化学发光成像系统。该研究为人们对于细胞程序性死亡方式和TFH细胞稳态调控提供了新视野和新的认知。并且为人类可以通过科学补充硒元素来提高人体抗体免疫反应的方式提供了新的重要依据。特别是在目前全球新冠疫苗大规模接种的大背景下，本研究对提高新冠疫苗的免疫保护力、优化新冠疫苗接种效果具有重要的科学意义和临床价值。参考文献：https://doi.org/10.1038/s41590-021-00996-0

有了政府主导建立的检测平台，细胞治疗产品在安全性和质量上就能得到更好保障。最近，国内首个细胞制剂第三方检测平台在张江药谷建成，首个用户也已诞生——上海优卡迪生物医药科技有限公司与建设平台的上海市生物医药科技发展中心签约。这家企业有28条治疗肿瘤的CAR-T等免疫细胞产品研发管线，部分管线的质量检测业务和临床试验中第三方检测业务将交给平台完成。“CAR-T细胞、干细胞等细胞治疗技术在我国发展很快，但存在‘一抓就死，一放就乱’的问题。”优卡迪首席执行官俞磊博士说，“有了政府主导建立的第三方检测平台，企业研发的细胞产品在安全性和质量上就能得到更好保障，也让医院与企业合作开展临床试验时，多了一道保障，最终受益的是患者。”上海市生物医药科技发展中心还与上海医药行业协会、市药检院、市药审中心联合制定了团体标准《细胞和基因治疗产品快速无菌检查法的验证技术要求》，科济、优卡迪、药明巨诺等5家企业成为首批标准执行单位。其他一系列检测标准也在制定中。建平台规范细胞治疗产业细胞制剂检测平台是上海市生物医药产业技术功能型平台的一个模块。功能型平台属于新型研发机构，全名为“研发与转化功能型平台”，具有技术研发和科技成果转化两大功能。“十三五”以来，市科委会同市发改委、市经信委和市财政局，以完善产业链和创新链、强化创新策源功能为目标，推进建设了15个功能型平台。生物医药功能型平台位于张江郭守敬路，旨在适应创新药物的研发需求，对标国际顶尖技术团队，战略性布局并逐步完善生物医药全产业链“一站式”研发服务。近日建成的细胞制剂检测平台，就是为了满足创新药物的研发需求。“近年来，以CAR-T细胞、干细胞为代表的细胞治疗技术在全球快速发展。在上海，已涌现出一大批研发细胞制剂的创新型企业。”上海市生物医药科技发展中心主任李积宗说，这类技术在给肿瘤、免疫系统疾病、感染性疾病等患者带来希望的同时，也产生了一些安全隐患。与传统药物不同，细胞制剂是“活药物”，大多是为患者定制的，所以每份药的质量可能有差别，这就需要相应的标准来规范。细胞制剂检测平台工作人员在操作层析系统纯化仪器。如何进一步规范上海的细胞治疗产业？在市科委、市发改委、浦东新区和张江科学城的支持下，上海市生物医药科技发展中心将细胞制剂检测纳入生物医药功能型平台。这个子平台包含5个洁净标准的细胞房以及完善的微生物检测室、流式细胞检测室、内毒素检测室等单元，能满足细胞制剂质量评估的全套检测需求。国企联手民企组建专业团队建好功能型平台，除了一流的硬件设备，还要有运营平台的一流技术团队。为此，生物医药功能型平台采用“国有企业联手民营企业”模式，让运营整个平台的国企上海生物医药公共技术服务有限公司作为主要投资方，联手民企世翱（上海）生物医药科技有限公司，组建上海精检检测有限公司，由这家新公司运营细胞制剂检测平台。“我们的技术团队现有十多人，主要来自世翱。”精检检测总经理顾莉萍介绍，世翱从2014年起开展高端生物样品和生物材料检测，是国内最早从事干细胞和CAR-T细胞制剂检测的团队之一。CAR-T的中文名为“嵌合抗原受体修饰的T淋巴细胞”。T淋巴细胞具有免疫活性，好似人体内的军队，专门杀灭外来入侵者。CAR是一种分子修饰物，包含识别肿瘤抗原的抗体序列。它像卫星导航系统，使T淋巴细胞能准确识别并消灭肿瘤细胞。细胞制剂检测平台工作人员在检测CAR-T细胞体外杀伤功能。CAR-T细胞制剂中的T细胞取自患者体内，在体外完成修饰、扩增等工序后，再回输到患者体内。在这一“制药”过程中，确保细胞制剂的质量和安全非常重要。世翱建立了先进检测检验技术和规范体系，所以被功能型平台选中成为合作方。“我们要做上海细胞治疗的守门员，对上海企业研发或进入上海医院临床研究的细胞治疗产品进行质量检验，特别是产品安全性的检测和评估，以确保患者的安全。”顾莉萍说。把生物制药公司留在上海“20多年前，张江为生物制药公司落地提供了‘拎包入住’的早期创业环境。现在，张江开始提供产品中后期开发的平台服务，这样既能提高新药开发的质量和效率，又能把更多生物制药公司留在上海。”作为细胞制剂检测平台的首家用户企业创始人，俞磊感慨道。2015年，俞磊在张江药谷创立了优卡迪。2020年，优卡迪研发的“ssCART-19注射液”获批进入临床试验，目前处于Ⅱ期临床试验阶段。不同于已获批上市的同类进口药，这款治疗复发、难治型B淋巴细胞白血病的新药是第四代CAR-T产品，可突破性地用于CAR-T禁忌征——中枢神经系统白血病。与细胞制剂检测平台签约后，优卡迪将把部分产品管线的检测业务交给平台完成。这样可获得更具公信力的第三方检测报告，有利于通过药监部门的药品审评，也能降低患者在临床试验中面临的风险。上海泰槿生物技术有限公司也是功能型平台的重要合作伙伴，与细胞制剂检测平台在同一幢楼里，可谓“近水楼台先得月”。泰槿首席执行官李建良博士介绍，公司利用自建的全人源化转基因小鼠平台，专注于全人源单克隆抗体新药开发服务。“抗体类药物是生物药的一个主流类型，它们的适应征包括肿瘤、免疫系统疾病和感染性疾病。”李建良解释，“小鼠、兔子体内产生的抗体在用于治疗前，或组装成嵌合抗原受体前，要进行人源化蛋白质工程改造。而我们公司全人源化转基因小鼠平台产生的抗体，不需要进行改造。”生物医药功能型平台的流式细胞仪等仪器，泰槿都可使用。“买一台流式细胞仪要花几百万元，通过平台提供技术服务这种方式，能为我们节省很多研发成本。”李建良告诉记者，“而且研发抗体药物、细胞治疗药物的重点企业集聚在张江，我们依托功能型平台工作，与这些企业的合作就很便捷。”据了解，生物医药功能型平台已为一大批企业提供研发服务，除了细胞制剂检测，还包括细胞治疗产品制备、生物药中试工艺开发、创新药物制剂研发等模块，成为推动上海生物医药产业发展的重要力量。

癌症是由渐进的基因和表观遗传变化驱动，在整个过程中，癌细胞可以获得复杂的异质性，进而更具侵袭性和转移性，并扩散到身体其他部位形成新的肿瘤，加速疾病的进程。因此，深入了解肿瘤亚克隆选择和转移的分子基础、转录状态的起源和转变以及肿瘤进化路径的遗传决定因素，不仅有助于阐明肿瘤进化的基本原则，还具有临床意义。基因工程小鼠模型（Genetically engineered mouse models, GEMMs）是研究肿瘤进展的一个关键工具，研究人员能够通过GEMMs研究肿瘤在原生微环境和实验定义的条件下的演化过程。其中，KrasLSL-G12D/+ Trp53fl/fl（KP）模型通过病毒传递Cre重组酶到少量肺上皮细胞引发肿瘤，导致致癌基因Kras的激活、P53肿瘤抑制基因的纯合缺失和肿瘤的克隆生长等，真实模拟了新生细胞转化成侵袭性转移肿瘤的主要步骤，从分子和组织病理学上再现了人肺腺癌的进展。因此，我们可以通过KP模型来探究肿瘤演变过程中尚未解决但非常关键的问题。 近日，美国加州大学Jonathan S. Weissman研究团队及合作者在Cell上发表了题为“Lineage tracing reveals the phylodynamics, plasticity, and paths of tumor evolution”的文章。研究团队将基于单细胞RNA-seq的进化谱系示踪系统引入KP小鼠模型中，连续并全面监测了一个携带致癌突变的单细胞演变为侵袭性肿瘤的全过程，揭示罕见的亚克隆可以通过独特的转录程序驱动肿瘤扩张。此外，研究团队还发现肿瘤通过典型、独特的进化轨迹发展，干扰额外的肿瘤抑制因子可以加速肿瘤的进展。该研究以前所未有的规模和分辨率重建了从单一转化细胞到复杂、侵袭性肿瘤群体的肿瘤演化全过程。 文章发表在Cell主要研究内容KP-Tracer小鼠可以连续和高分辨率追踪肿瘤的起始和进展为生成高分辨率的肿瘤演化系统，研究团队开发了一种具有谱系追踪能力的肺腺癌小鼠模型KP-Tracer，能够连续数月进行细胞谱系追踪。后续实验证实，在5-6个月后，该模型成功追踪了肿瘤发生，并且示踪剂能够在相应部位表达。此外，在对癌细胞进行单细胞转录组测序分析后，发现细胞状态、谱系、样本身份和肿瘤克隆性在肿瘤中的表达与预期一致。 图1. KP-Tracer小鼠模型的构建。来源：Cell罕见的亚克隆在肿瘤发展过程中显著扩增肿瘤进化中的一个关键问题是，基于肿瘤生长促进基因或表观遗传变化的亚克隆选择以及由此产生的亚群动态变化如何导致侵略性亚克隆对同一肿瘤的其他部分的扩展。为研究KP肿瘤的亚克隆动力学，研究团队采用了一种统计检验方法，即将每个亚克隆的相对大小与没有亚克隆被选择的“中性”进化模型中的大小进行比较分析。结果显示，有些肿瘤似乎是中性进化的，即没有证据表明阳性选择；有些亚克隆则显示出明显的阳性选择迹象。此外，研究团队发现肿瘤主要由一个（有时两个）正在扩增的亚克隆驱动。在肿瘤中，扩增细胞的比例分布广泛， 表明了亚克隆扩展的侵袭性；扩增细胞以增加的DNA拷贝数变异、细胞周期评分和适应度评分为标志。 图2. 罕见亚克隆的显著扩增及其特性。来源：Cell绘制细胞状态之间的系统发育关系揭示肿瘤进化的共同路径原则上，KP模型中观察到的细胞可塑性、转录异质性可能来自于通过转录状态的随机或结构化进化路径。为了研究肿瘤进化路径的一致性，研究团队开发了一个称为“进化耦合”的统计数据，扩展了克隆耦合统计数据来量化成对细胞状态之间的系统发育距离。基于不同转录状态的占比和进化耦合的全套肿瘤的数据驱动分层聚类显示，肿瘤可以分为三个不同的组（Fate Cluster1、Fate Cluster2及Fate Cluster3）。Fate Cluster1、2之间共享一些转录状态，Fate Cluster1主要通过包括胃样和内胚层样状态进化；Fate Cluster2通过肺混合状态进化，Fate Cluster3以高适应度状态为主，如前上皮间质转化（Pre-EMT）和间质状态。进一步，研究团队开发了“Phylotime”对Fate Cluster 1、2背后的转录变化进行分析。分析结果证实，Fate Cluster1、Fate Cluster2是两条独立的进化途径，并且每条途径显示出与Phylotime相关的不同转录变化。上述结果表明，KP肿瘤可能主要通过两种途径进化，一条是胃样和内胚层样状态，另一条是肺混合状态，且每种进化轨迹都显示出明显的转录变化。 图3. 细胞状态之间系统发育关系的构建。来源：Cell肿瘤抑制因子的缺失会改变肿瘤的转录组、可塑性和进化轨迹肿瘤抑制基因可以调节多种细胞活动，其丧失与肿瘤侵袭性的增加有关，但这些基因对体内肿瘤进化动力学的影响目前尚不清楚。因此，研究团队结合基因干预和定量系统动力学方法探索了额外的致癌突变如何改变KP肿瘤的进化轨迹，重点研究了人类肺腺癌中两种频繁突变的肿瘤抑制因子LKB1和APC，以及经CRISPR sgRNA敲除LKB1和APC后产生两种动物模型（KPL和KPA）。结果显示，靶向LKB1或APC会增加肿瘤负担，但亚克隆扩增的数量和相对大小没有改变；与肿瘤适应性相关的基因在遗传背景中差异较大。 图4. 遗传扰动会改变肿瘤的转录适应性和可塑性。来源：Cell 为检测LKB1和APC的异常是否改变了KP肿瘤的转录图谱，研究团队整合了KPL、KPA肿瘤和之前的KP肿瘤的单细胞转录组数据集。结果显示，经额外的LKB1和APC干扰后产生了四个新的转录状态。此外，针对LKB1/APC的干预也导致主导转录组状态的改变：KPL肿瘤主要富集在上皮细胞-间充质转化前状态（Pre-EMT），KPA肿瘤富集在APC特异性早期、间质和转移状态。 为研究肿瘤抑制因子的缺失如何改变进化轨迹，研究团队对单个肿瘤的转录状态占比和进化耦合进行了主成分分析。结果显示，靶向性肿瘤抑制因子LKB1或APC均可促进肿瘤生长，但其对细胞状态、可塑性和进化路径的影响差异较大 。具体而言，KPL肿瘤能够迅速发展到Pre-EMT状态下并稳定下来；KPA肿瘤则通过新的APC特异性状态开辟了一条独特的进化路径。图5. 肿瘤抑制因子的缺失对肿瘤进展及细胞状态的影响。来源：Cell结 语综上所述，该研究首次在基因工程肺腺癌小鼠模型中使用基于CRISPR的谱系示踪剂追踪肿瘤从单一转化细胞到侵袭性肿瘤的演化过程，以连续、高分辨率的肿瘤谱系追踪为肿瘤进化建模提供了一个重要参考，绘制了从激活单个细胞的致癌突变发展成为具有侵袭性的转移肿瘤的路径图，揭示了细胞转录图谱、细胞可塑性、进化路径以及肿瘤抑制因子在肿瘤发展中的作用。研究团队表示，随着谱系示踪工具的发展和其他新兴数据的集成，也期望该研究提出的实验和计算框架为未来构建肿瘤演化的高维、定量和预测模型奠定良好的基础，从而为新的治疗策略提供新思路。 图6. 研究总结概图，来源：Cell