综合纳米系统研究设施

癌细胞项目获得国家癌症研究所的资金

彼得伯克图片与国家癌症研究所的徽标由Samueli学校教授Peter Burke领导的全国科学家团队正在使用纳米流体来对癌细胞的生命和死亡周期进行同行,希望有一天能够导致个性化的治疗方案和发展更有效,细胞靶向药品。

电气工程与计算机科学教授和哈佛大学的研究人员伯克最近被国家癌症研究所获得了近120万美元的伯克和哈佛大学的研究人员。该赠款由NCI的创新分子分析技术计划提供资金,支持癌症研究中潜在转型的下一代技术的开发,技术成熟和传播。合作者寻求癌细胞中分子过程的途径 - 允许细胞避免天然细胞死亡并继续增殖。

研究的核心是一个微流体芯片,可以操纵和探针单从健康和癌症细胞线粒体,允许他们与蛋白质和化学品库测试-自然和生产更多地了解为什么比非癌细胞癌细胞对信号的响应是不同的。研究人员将使用多种方法,包括能够测量线粒体电能的纳米传感器,来测量细胞的生命/死亡决策过程。

线粒体通常被称为细胞的能量工厂,它通过代谢糖来产生能量;这种能量以电压的形式储存在表面。但是线粒体有一个次要的作用:它们调节细胞死亡的途径。正常细胞对压力的反应是经历一种叫做凋亡的过程——程序性细胞死亡。在某些触发条件下,线粒体在其表面形成一个或多个小孔,释放出一种信号蛋白,促使细胞自我毁灭。当细胞死亡时,线粒体的电压也会关闭。但是癌细胞表达大量的BCL2,一种抑制这些凋亡功能的蛋白质。

通过对癌组织的线粒体进行对不同组合和化疗药物的浓度,以及制造和天然蛋白质,研究人员希望了解哪些独特的组合可以通过对Bcl2细胞蛋白对细胞凋亡和力线粒体的影响来抑制其形成导致细胞死亡的毛孔的影响。

“这是我们试图回答的问题:为什么癌细胞不会死亡,化疗是如何起作用的?”伯克说。“癌细胞对导致它们死亡的信号有抵抗力。了解这一过程对了解癌症非常重要。”

研究人员确实知道,两个具有同一癌症的人通常与完全相同的治疗不同。类似的肿瘤可具有不同的性质,使一些细胞比其他细胞更容易地去极化(死亡)。这项实验室技术可以有一天可以导致个性化医学进展,使用特定肿瘤的测试结果来创造个性化的治疗计划,“因为人们不仅不同,而且肿瘤本身是不同的,”伯克说。

目前的癌症治疗具有另一种众所周知的缺点;化疗药物常规杀死健康的细胞以及肿瘤。“这[技术]可以帮助我们弄清楚导致癌细胞犯下自杀的方法,而不会导致其他细胞中的相同反应”,“根据Burke。

目前正在开发的小芯片最终将包含数千个½微米宽的通道,允许高通量测试。(半米为500纳米,人头宽度小于1/100。)目前的肿瘤分析仍然是基本的;它需要成千上万的细胞来获得少量信息。在Burke的实验室中开发的芯片将具有测试单个单元格或线粒体的能力,允许研究人员更快地从组织样本获得更多信息。根据Burke,芯片上的10,000个单元测定可以产生多达100万倍的信息,而不是当前技术。“我们将通过一次测试不仅仅是一种或两种药物,而不是一两种药物,而是少量的药物或不同浓度的药物,我们将使这是一千次强大的。”

研究人员还希望开发片上技术,使他们能够了解产生线粒体毛孔形成的生物物理机制。科学家不确定孔隙形式的情况,他们的电学特性是什么以及线粒体在凋亡期间是否产生一个孔或多孔。

“如果我们能够弄清楚导致线粒体到去极化的东西,我们将更好地了解为什么癌细胞生命或死亡,”伯克说。“该技术将帮助我们开始对这些代谢途径的问题提出疑问,并开始回答癌细胞不会死的原因。”

该项目的合作伙伴包括来自哈佛大学的Anthony Letai博士,宾夕法尼亚大学道格拉斯华莱士。

- Anna Lynn Spitzer

来源:http://www.eng.uci.edu/news/2015/4/cancer-cell-project-gets-national-cancer-institute-funding.