上海交大窦红静教授团队开发了一种基于多糖荧光纳米颗粒的肿瘤化疗耐药性诊断方法

化学药物治疗(即化疗)在肿瘤的一线治疗中占比约60%,是肿瘤的三大治疗手段之一。但自其应用至今,化疗的耐药性一直是科学家们致力解决的关键问题。究其原因,由于肿瘤细胞的异质性和可塑性,部分肿瘤细胞在给药一段时间后,通过耐药基因的过表达而对治疗药物产生耐药性,使得治疗效果变差乃至完全无效。目前已报道的方法无法从根本上区分、分选出具有耐药性的肿瘤细胞,更不能对耐药细胞比例、耐药程度进行全面评估,其精准度和适用范围也受到制约,肿瘤耐药性的诊断和治疗很大程度上仍处于“盲人摸象”的状态,从而无法对化疗用药给予进一步指导。

针对如上背景,为了对肿瘤化疗耐药性提供一种准确、高效的评估方法,并指导相应的治疗方案,近日,上海交大窦红静教授团队与复旦大学附属金山医院许国雄教授团队、上海交大附属瑞金医院周敏教授团队合作,以基于多糖的荧光纳米颗粒为底物来检测肿瘤细胞内吞行为的异质性,并由此建立了一种基于多糖荧光纳米颗粒的流式细胞术进行肿瘤耐药性的高效诊断。由于肿瘤的异质性,化疗后的肿瘤组织由不耐药的敏感肿瘤细胞和高耐药的耐药肿瘤细胞而组成。鉴于多糖荧光纳米颗粒有通过内吞行为差异来分选高耐药细胞和敏感细胞的能力,本研究表明,对于耐药细胞,其在肿瘤细胞中所占的比例及耐药性的高低可由流式细胞术直接判断。此外,肿瘤细胞株耐药性的平均值,一方面由耐药细胞所占比例决定,另一方面,则由耐药细胞自身耐药性的高低所决定;同时,本方法还可清晰检测不同治疗方法对肿瘤耐药性的逆转程度(图1)。

上海交大窦红静教授团队开发了一种基于多糖荧光纳米颗粒的肿瘤化疗耐药性诊断方法
图1多糖荧光纳米颗粒用于诊断肿瘤耐药性示意图。可用于检测肿瘤细胞组成、耐药细胞所占比例、肿瘤细胞耐药性、及评价耐药肿瘤治疗方法的有效性。

 

本方法要求所使用的荧光纳米颗粒具有良好的生物相容性、以及粒径和荧光性能的均一性。基于窦红静教授团队前期提出的“接枝聚合辅助自组装(Graft copolymerization InducedSelf-Assembly, GISA, Acta Biomaterialia,2020,103, 247; Advanced Biosystems, 2020,4(2), 1900213; Acta Biomaterialia, 2018, 72, 206)”,本研究实现了多糖荧光纳米颗粒的高效制备及荧光功能化(图2),使得耐药细胞和敏感细胞由于耐药性不同所导致的内吞行为差异可通过细胞内纳米颗粒的荧光信号得以表现,从而由流氏细胞仪和激光共聚焦显微镜所读出的荧光差异可直观反映出两类细胞耐药性的不同。

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图2 多糖基荧光纳米颗粒的制备及其用于检测化疗后肿瘤细胞的异质性,其中高、低荧光强度的肿瘤细胞分别为敏感细胞和耐药细胞。

 

通过流式细胞仪对高、低荧光的细胞亚群进行分离并进行细胞克隆培养,发现低荧光强度细胞亚群为真正的耐药细胞,并伴随着耐药基因如MDR1以及干性基因CD44的高表达,且低荧光强度的耐药细胞亚群有进一步分化出高荧光强度敏感细胞的潜能(图3),即如持续处于无化疗药物干预的环境中,高耐药细胞可转化为不耐药的敏感细胞。

上海交大窦红静教授团队开发了一种基于多糖荧光纳米颗粒的肿瘤化疗耐药性诊断方法
图3 基于多糖荧光纳米颗粒的流式细胞术用于分析和分选具有分化潜能的高耐药肿瘤细胞。

 

此外,本研究还分析了这一方法对多种肿瘤耐药性的诊断效果。结果表明,本方法在包括卵巢癌、肺癌、白血病的多种肿瘤细胞株中都实现了耐药性的高效检测、以及耐药细胞和敏感细胞的准确分析(图4)。并进一步以肺癌病人的胸水和肿瘤组织为样本,实现了肿瘤组织异质性的诊断。因此,本工作所建立方法可作为一种普适性的肿瘤化疗耐药性诊断方法,并可对化疗耐药性的逆转途径研究提供有价值的参考。

上海交大窦红静教授团队开发了一种基于多糖荧光纳米颗粒的肿瘤化疗耐药性诊断方法
图4 基于多糖荧光纳米颗粒的流式细胞分析方法用于诊断多种肿瘤的耐药性。

 

参考文献:

Fluorescent glycan nanoparticle-based FACS assays for theidentification of genuine drug-resistant cancer cells with differentiationpotential,Nano Research,DOI: 10.1007/s12274-020-2981-8

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