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十多年前，研究人员发现了细胞沉默基因的一种古老的机制。就如同用调光开关关灯一样，RNA干扰(RNAi)在简单生物体以及人类中下调基因活性。科学家们抓住RNAi作为一种工具来“关小”基因确定它们的功能，这一研究领域称之为功能基因组学。
为了充分利用RNAi技术进行疾病研究，博德研究所的科学家们开发出RNAi平台旨在努力构建一个能够靶向人类和小鼠基因组中的每个基因的RNAi试剂库。他们的努力终于换来了能与科学界公开分享的一个大型的、良好的RNAi试剂集。这一平台还增加了称为开放阅读框（ORFs）的互补试剂资源来“打开”基因。
尽管该平台的试剂库成为了探究基因功能的强大工具，科学家们还希望能利用它们来解决面对的成本、通道和通量等限制。除了所需的专门设备，现有的筛查方法需要耗费大量的细胞、试剂和病毒。几年前，博德研究所一个研究小组的研究人员提出如果能够缩小整个过程使得大规模筛查更快更廉价，那么将使得更多地方的更多科学家们能够利用这一巨大的资源。
现在他们的努力换来了一种称为MicroSCALE（空间局限粘性慢病毒特征芯片）新型的、便携式的“细胞芯片”，这种芯片克服了现有功能基因组学方法的局限。这一筛选设备代表了该平台探究基因功能的工具箱中另一个创新工具。领导这一研究的是博德研究所资深准会员、怀特黑德生物医学研究所成员David Sabatini。此外，研究人员还证实了这一芯片的性能，利用它揭示了黑色素瘤耐药的潜在基因及信号通路。这一研究的部分资金由博德研究所科学规划和资源分配委员会（SPARC）资助，相关论文发布在5月15日的《科学信号》（Science Signaling）杂志上。
新研究的首作者、Sabatini 实验室博士后学者Kris Wood, 说：“博德研究所的RNAi 和ORF库代表了一项巨大的投资，堪称是世界上从事功能基因组学研究的最好工具。然而，一旦获得开发，实际上利用这些工具来探讨某些生物学问题还可能存在困难，这是由于与筛选方式有关的逻辑和经济现实所致。”
研究人员的目的是开发一种能够克服当前筛选方法难题的新系统。一种称为基于多孔板的筛选方法（multi-well plate-based screening）是开展功能性筛查的历史性金标准。这种筛查方法是通用的，但是它需要大量的细胞、显著的试剂成本，以及当前尚未广泛使用的先进设备。一种称为混合筛选（pooled screening）的新方法可在一个细胞培养皿中同时对数千种不同的病毒进行检测。这种方法相对于多孔板筛选更有效和廉价。但是它限制了细胞测量的种类，且需要相当数量的细胞和劳力。
为了克服这些方法的局限，获得它们最好的特性即多空板筛查的分析通用性和混合筛查的有效性，研究小组着手构建一种使该过程小型化的系统。研究人员设计了一个系统，在其载玻片上印有一千到五千个微型特异细胞粘附凝胶点。他们接下来设计了一种集中RNAi和ORF传递病毒的方法以确保每次添加一个独特的病毒到每个点上。
来自博德研究所的研究人员开发了一种称为MicroSCALE（空间局限粘性慢病毒特征芯片）新型的、便携式的“细胞芯片”，这种芯片克服了现有功能基因组学方法的局限。这一筛选设备代表了该平台探究基因功能的工具箱中另一个创新工具。
这种板可随后被存放至冰箱中，直至科学家们准备开始一项筛查试验，就将细胞种植在板中。将芯片孵育数天使病毒能够开启或关闭细胞中的基因，科学家们就可以用一种药物或环境条件来处理这些细胞。无需显微镜，随后扫描载玻片可快速方便地定量广泛的荧光标记的特征。
利用在手的新设备，该研究小组瞄准了一个真实的新兴的临床问题：黑色素瘤的耐药性。黑色素瘤是最致命的一种皮肤癌。一半的黑色素瘤包含一种BRAF基因突变。FDA近期批准了一种强效新药能够抑制突变BRAF，在患者中促使肿瘤缩小。然而这一成效是短暂的：一年后癌症会再度复发。
Wood.说：“了解从初始状态对药物反应良好到耐药状态过程中肿瘤中发生的事件，是一个真正有趣的生物学问题。”
Wood和他的同事们将细胞芯片视为大规模检测耐药性的一条有前景的途径。与博德研究所资深准会员Levi Garraway合作，他们开始在黑色素瘤细胞上检测了这一BRAF靶向药物，重新发现了已知在对该药耐受中发挥作用的基因和信号通路。
研究小组接下来想要测试芯片揭示新耐药基因的能力。他们将黑色素瘤细胞种植到包含携带ORF的病毒过表达蛋白激酶家族基因的的芯片上。每个芯片用一种与BRAF靶向药物相关的药物处理。研究人员在每张芯片上看到了相同的存活细胞特征性模式。“这不仅告诉我们个别基因可能赋予抗性，还告诉了我们它们是如何协同作用以及一种药物的特殊生物学机制是如何影响细胞产生抗性的能力的，”Wood解释说。
在芯片上测试更广泛的药物后，研究人员生成了一些具有启示作用的研究发现。一些基因似乎赋予了对特定药物的抗性，这些基因的模式使得研究人员推论出此前未知的药物作用机制。他们还观察到靶向相似生物学过程的一些药物倾向于产生非常相似的赋予抗性基因图谱，这一发现具有潜在的临床意义。医生往往通过给予一线和二线治疗靶向相同的信号通路来试图对抗耐药，但是这些研究结果表明联合靶向独立信号通路的药物是一种更好的避免耐药的途径。
该研究小组正在密切关注一类称为有丝分裂原激活蛋白激酶(MAPK)抑制剂的药物，他们用芯片验证了在黑色素瘤药物耐受中一种称为NF-kB细胞信号通路的作用。他们还用真正的患者样本验证了这些结果，表明NF-kB信号通路活性与药物敏感性相关。Wood解释说这一研究发现可能是非常强有力的，因为它有可能在某一天帮助预测哪些患者将对药物产生反应或是为开发出抑制该信号通路和避免耐受的药物铺平道路。重要的是，它与当前联合MAPK抑制剂和已知激活NF-kB信号通路的免疫治疗的临床试验相关联。“我们的结果表明这些联合治疗可能会无意中导致耐药性，而不是防止它，”Wood说。
该芯片目前还在原型阶段，但是Sabatini、Wood和RNAi平台主管以及研究的共同作者David Root希望看到这一技术成为进行筛选的一个广泛可用的选择。“用MicroSCALE芯片进行筛选的简易性是显著的，”Wood说。通过缩小筛查的过程，该芯片为利用极少量的细胞例如来自肿瘤活检的原代细胞开展大规模筛查开启了大门。它不会取代现有的多孔板或混合筛查方法，但是却可以提供互补。“它正在构建一个选择库，使得我们能够继续探究更多更重要的生物学问题。”
（生物通：何嫱）