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想要获得更好的癌症诊断和治疗，有可能取决于分子水平上更好地认识单细胞的能力。一项新的研究提供了一种更全面的方法分析单细胞的独特行为，利用一系列颜色来显示模式，揭示出一个细胞是否会发生癌变及其原因。
来自华盛顿大学的一个研究小组开发了一种彩色编码细胞新方法，以此阐明了100种生物标志物，在当前研究标准之上提高了10倍，帮助分析了来自培养物或组织活检的单个细胞。这一研究工作发表在本周的《自然通讯》（Nature Communications）杂志上。
领导这一研究的是华盛顿大学生物工程学副教授高虓虎（Xiaohu Gao）博士。其科研兴趣主要集中于纳米科技和生物科技在临床医学中的应用，并在光学条形码技术， 活体医学成像， 多功能纳米材料等领域作出过突出贡献。其中在Nature Nanotechnology (IF 20.57), Nature Biotechnology (IF 22.29), Lancet Oncology (IF 13.28)等国际顶级杂志上发表文章数十篇，单篇论文最高引用次数超过1,000次，还有多篇文章单篇他引次数过百。
高虓虎说：“发现这一过程是该领域一项前所未有的突破。这一技术为单细胞分析和临床诊断开辟了令人兴奋的机会。”
当前的方法是采用少量的颜色指出细胞的生物标记（能够表明特殊，及潜在异常或病变细胞的特徵）。新研究是建立在这些方法的基础之上，科学家们能够对大量的生物标记进行测试，随后根据这些测试显示出的模式来了解一个细胞的特性。
华盛顿大学研究小组创建了一个循环过程，使得科学家们能够在单个细胞中测试多达100种生物标记。而在此之前，研究人员一次只能测试10种。
这一分析利用了量子点（quantum dots）技术。量子点是一些半导体材料荧光球，它是许多电子设备，包括智能电话和收音机中材料的缩小版本。这些量子点的直径为2-6纳米，根据大小它们会发出不同的颜色。
尽管许多量子点论文曾经尝试扩大单细胞测试中的生物标志数量，此前还未做过周期性测试。这种方法实质上重复利用了相同的组织样本，一轮检测10个为一组的生物标记。
高虓虎说：“蛋白质是细胞功能和行为的基础构件，然而它们在细胞内的组成非常复杂。你需要观察一些指标（生物标记）来了解正在发生的事情。”
在新研究中，高虓虎和研究小组购买了一些抗体，这些抗体已知与他们希望在细胞中测试的特异性生物标记结合。他们在一个液体溶液中将量子点与抗体偶联，然后注入到一个组织样本中。随后，他们利用显微镜寻找细胞中的荧光颜色。如果他们在组织样本中看到特异的量子点颜色，他们就知道细胞中存在哪些对应的生物标记。
在完成一个循环后，高虓虎和华盛顿大学生物工程学博士生、论文的共同作者Zrazhevskiy一起，将一种低pH液体注入到细胞组织中，中和彩色荧光，实质上是为下一轮进行样本清理。值得注意的是，甚至在10个这样的循环后组织样本也不会降解。
对于癌症研究和治疗，能够以高分辨率观测单个细胞检测它的细节尤其重要。例如，如果人体内99%的癌细胞对某一治疗药物产生反应，1%的不产生反应，分析和了解反应不同的1%细胞的分子构成具有重要的意义。
“当你测试一些有前景的药物时，仍有一些细胞通常不会对治疗产生反应。它们看起来是一样的，而你没有工具去观测它们的蛋白质构件。这一技术将有助于我们开发出新药物和治疗方法，”高虓虎说。
这一过程成本相对较低且简易，高虓虎希望可以将这一程序自动化。他设想该设备应该有一个容纳组织样本的暗槽，利用细拉丝泵在循环间注入和真空吸出液体。暗槽的下方有一个显微镜能够在每个阶段拍摄照片。所有的图像都能在计算机上定量，科学家们和医生们可以在计算机上观察颜色的强度和范围。
高虓虎希望能与其他公司和研究人员展开协作，推动自动化进程和临床应用。
高虓虎说：“技术已准备就绪。既然已将它开发出来，我们将为其临床应用做准备，特别是在系统生物学、肿瘤学和病理学等领域。”
（生物通：何嫱）