受早期胚胎發育結構的啟發，何曉明教授和王海研究員利用微流體器件制備“核-殼”結構微球，將單個腫瘤細胞培養在納米級水凝膠形成的核中，篩選到極少量具有高度成瘤能力和分化能力的腫瘤干細胞，通過生物學特性分析篩選到多個潛在治療靶點。

關鍵詞：單細胞篩選，腫瘤干細胞，微流體，治療靶點

腫瘤干細胞（cancer stemcell）是腫瘤異質性群體中具備分化功能和成瘤能力的一類細胞，由于其具有極強的耐藥性，被認為是腫瘤復發和轉移的主要元兇之一。雖然腫瘤干細胞對于腫瘤的治療非常重要，但是人們對腫瘤干細胞的生物學特性卻了解甚少。傳統的表面標志物分離或者懸浮培養方法都存在一定的缺陷，如利用不同表面標志物分離同一種腫瘤干細胞，獲得的細胞群體的重合度卻非常低；懸浮培養方法本身促進腫瘤細胞凋亡的程度有限等。因此，如何在大量的腫瘤異質性群體中分離少量腫瘤干細胞并在培養過程中維持其細胞干性是腫瘤干細胞研究領域的一大難點。

國家納米科學中心王海研究員和美國馬里蘭大學何曉明教授針對這一問題進行了長期的研究，依靠腫瘤干細胞可以單細胞存活和增值的特性，利用微流體器件制實現了單細胞包載和培養。通過這種“label-free”的方法，分離到腫瘤細胞群體中極少量可以單細胞存活的細胞群體。受早期胚胎發育結構的啟發，該研究團隊制備了“核-殼”結構微球模仿早期胚胎的結構，從而培養過程中盡量維持腫瘤干細胞的干性。通過RNA-Seq測序分析、激光共聚焦熒光成像、流式細胞分析等手段，確認分離培養的細胞群體，相對于傳統的懸浮培養方法，具有更高的干性基因表達、更強的DNA修復能力和抗凋亡能力、更強的耐藥性和較慢的細胞增值速率。進一步分析顯示，單細胞技術分離培養的細胞群體在內皮細胞分化、心肌分化、成骨分化和神經分化過程中，可以表現出更強的分化能力，證明其干細胞特性。同樣在連續三代的小鼠成瘤實驗和轉移瘤實驗中，分離培養的細胞群體具有更強的成瘤能力和轉移能力，顯示腫瘤干細胞在腫瘤發生、發展中的重要作用。最后，針對腫瘤干細胞難治療的現狀，研究團隊也詳細分析了腫瘤干細胞生物學特性，提出了一系列潛在的治療靶點，為腫瘤干細胞的治療提供新的解決方案。

相關結果發表在AdvancedScience  (DOI: 10.1002/advs.202000259)上，國家納米科學中心王海研究員和美國馬里蘭大學何曉明教授為文章的共同通訊作者。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202000259

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