2019年12月12日訊/
生物谷BIOON/---高通量化學篩選通常用於嘗試發現新的癌症藥物，以及許多其他生物醫學應用中。目前，此類的大多數篩選要麼提供粗略的讀出值，比如細胞存活率、細胞增殖或細胞形狀變化，要麼僅提供特定的分子發現，比如測試一種特定的酶是否受到阻斷。
由於這兩者之間存在著巨大差距，大多數測定方法通常會遺漏微小的基因表達或細胞狀態變化，這些變化有可能揭示受到擾動的細胞內部發生的機制。此類測定方法也可能無法檢測到細微差別，這些細微差別可能表明所測試藥物的意外副作用，或者
遺傳上完全相同的細胞對同一藥物作出不同的反應，或者為什麼細胞對以前有效的治療產生抵抗抗性。
圖片來自Min Yu (Eli and Edythe Broad Center for Regenerative Medicine and Stem Cell Research at USC),USC Norris Comprehensive Cancer Center。
為了解決現有的高通量化學篩選存在的這些局限性，在一項新的研究中，來自美國華盛頓大學的研究人員開發出一種新技術。這項新技術將細胞核標記上的改進與數百萬個細胞中基因表達分析上取得的進展相結合。這是在單細胞解析度下以經濟有效的方式完成的。他們將這種新的篩選方法命名為sci-Plex。相關研究結果近期發表在Science期刊上，論文標題為「Massively multiplex chemical transcriptomics at single cell resolution」。論文通訊作者為華盛頓大學醫學院基因組科學副教授Cole Trapnell和華盛頓大學醫學院基因組科學教授Jay Shendure。論文第一作者為華盛頓大學醫學院醫學科學家培訓項目博士生Sanjay R. Srivatsan、華盛頓大學醫學院基因組科學博士後研究員Jose L. McFaline-Figueroa和華盛頓大學醫學院前基因組科學研究生Vijay Ramani。
Trapnell說：「sci-Plex技術使我們能夠匯集許多
遺傳上不同的細胞，並觀察許多細胞以多種不同方式受到擾動時會發生什麼。我們隨後將所有數據收集在一起，並使用來自機器學習和數據科學的現代工具進行分析，以了解每種藥物對這些細胞的作用。」
為了測試sci-Plex的性能，這些研究人員將它應用於對經過180種用於治療癌症、HIV感染和
自身免疫疾病的化合物處理的三種癌症細胞系(
白血病、肺癌和
乳腺癌)的篩選中。這些細胞用小的單鏈DNA進行細胞核散列（nuclear hashing）標記。
這種細胞核散列標記可識別不同的細胞，並允許科學家們繪製哪些細胞接受了哪種藥物處理的圖譜。在僅一項實驗中，這些研究人員測量了來自5000多份獨立處理樣品的65萬個細胞中的基因表達。
這些結果表明某些癌細胞對特定化合物的反應方式存在顯著差異。他們還揭示了細胞之間關於其他化學物類型的共有模式，以及在一種化學物類型中區分藥物的一些特性。
這些研究人員更深入地研究了一類稱為HDAC抑制劑的癌症藥物的作用方式。他們發現，基因調節的變化與這些抑制劑通過阻止獲取能量來阻止癌細胞增殖的觀點相吻合。
在描述這項研究的另一個方面時，Srivistan說：「我們可以使用基因表達譜對藥物的功效進行分類，這真是太酷了。隨著劑量變化超過四個數量級，我們可以看到細胞反應的平穩增加。」
總體而言，這些結果表明sci-Plex技術可放大到上千份樣品以便研究多種生化途徑、催化劑、調節劑和作用方式。sci-Plex可能有助於人們更好地理解為何一些藥物僅對一些人有效果，但是對其他人沒有效果。sci-Plex的一種獨特的優勢在於它能夠區分化合物如何影響不同的細胞亞群。
這些研究人員預測細胞核散列標記的簡單性和低成本再加上他們的單細胞測序方法的靈活性和可擴展性，可能會讓sci-Plex具有許多
基礎研究和生物醫學上的實際應用。比如，針對藥物幹預，它可能有助於建立一個全面的細胞反應圖譜。（生物谷 Bioon.com）
參考資料：1.Sanjay R Srivatsan et al. Massively multiplex chemical transcriptomics at single cell resolution. Science, 2019, doi:10.1126/science.aax6234.2.Technique shows how individual cancer cells react to drugs