自年被命名至今，人们对白血病的探索与研究已走过将近个年头。直到近几十年，一系列化疗、靶向药物相继问世，为患者们带来一道曙光。然而，紧随其后的耐药性却无情地夺走了一个又一个鲜活的生命……这已然成为了我们下一个必须攻克的难关。近期，MilitaryMedicalResearch期刊一项研究开发了一种可进行高效癌症药物效应筛选的单细胞高通量微流控“SMART”平台，成为癌症耐药性的研究的又一大利器。来，搭上T仔号文献列车，出发~
一、白血病知多少
白血病，又称“血癌”，是一类造血系统恶性肿瘤。
通常由骨髓造血干细胞基因变异引起——突变的造血干细胞异常分化产生大量功能不全的血细胞，随血液循环系统迅速扩散至全身，干扰正常血细胞（红细胞、白细胞、血小板）的输氧、免疫、凝血等功能。
▲图源：Pixabay
白血病根据异常血细胞的分化程度、自然病程的长短可分为急、慢性白血病。
结合病变细胞种类，可分为急性髓系白血病(AML)、急性淋巴细胞白血病(ALL)、慢性髓系白血病(CML)和慢性淋巴细胞白血病(CLL)四大类型。
▲四类白血病病因与代谢特征[1]
二、白血病的治疗
与传统癌症不同，由于血液的全身散布性，难以通过手术对肿瘤进行切除，白血病在早年一直被视为不治之症。但随着现代医学研究的进步，人们对各类白血病的发病机制也有了更深入的了解，越来越多的治疗手段被开发——
慢性髓系白血病(CML)
由9号和22号染色体之间的基因易位引起（费城染色体），BCR与ABL基因融合导致细胞溶质中一种酪氨酸激酶——Bcr-Abl激酶的表达，持续激活涉及MAPK、JAK/STAT、MYC、RAS和PI3K轴的信号传导，增加细胞增殖、干扰DNA修复机制，从而致使癌细胞的增生。
常用疗法有靶向Abl激酶ATP结合结构域的酪氨酸激酶抑制剂(TKI)；通过干扰mTOR/Akt通路诱导细胞凋亡的伊维菌素(Ivermectin)等。慢性淋巴细胞白血病(CLL)由骨髓过度产生异常B细胞淋巴细胞所致，常见的基因突变位点有：13号染色体长臂缺失(del13q14)、12号染色体三体(+12)、11号染色体长臂缺失(del11q22-q23)、17号染色体短臂缺失(del17p13)等，其代谢特征表现为BCL-2蛋白家族的mRNA和蛋白表达增加。常用疗法有括烷化剂（苯丁酸氮芥、环磷酰胺）联合类固醇和长春新碱(VCR)治疗；腺苷核苷类似物(氟达拉滨和克拉屈滨)；BTK抑制剂，依鲁替尼(ibrutinib)；磷酸肌醇3-激酶δ抑制剂，艾德拉尼(idelalisib)；BCL2抑制剂，维奈托克(venetoclax)；C20单克隆抗体(利妥昔单抗，阿托珠单抗)等。急性淋巴细胞白血病(ALL)是一种以重编程代谢和非典型分子信号传导为特征的异质性疾病，并且与CML一样，可由费城染色体的存在和Bcr-Abl的表达诱导。常用疗法有通过水解天冬酰胺，延缓mRNA翻译，诱导ALL细胞凋亡的天冬酰胺酶(ASNase)；阻碍糖酵解诱导细胞凋亡的糖皮质激素（地塞米松、泼尼松龙）；C20单克隆抗体(利妥昔单抗、奥法木单抗)；化疗药物：替加环素(tigecycline)、长春新碱、甲氨蝶呤(MTX)、6-疏基嘌呤(6-MP)等。急性髓性白血病(AML)是成人最常见的急性白血病，也是在常见血液肿瘤中控制较差的一种分型。急性髓性白血病具有其高度异质性，主要根据细胞学和遗传特征进行分类。
▲国家综合癌症网络（NCCN）急性髓系白血病的细胞遗传学/分子分类[2]
测序结果表明，超过90%的AML患者带有一种或多种体细胞突变，常见的突变基因位点(5%)有：FLT3、NPM1、DNMT3A、IDH1、IDH2、TET2、RUNX1、TP53、NRAS、CEBPα和WT1等。因此，越来越多的靶向药物已被开发用于AML的临床治疗，如：FLT3抑制剂、IDH抑制剂、BDL2抑制剂等等。然而，对于非常见突变位点的患者而言，首选的通用疗法仍然首选“诱导化疗”，常用3+7疗法（7天阿糖胞苷加3天蒽环类抗生素，划重点等会要考），后续再强化巩固化疗或进行异体造血干细胞移植治疗。但AML患者中，只有少数能够成功进行骨髓移，大多数不仅可能对化疗无反应而且会逐渐进展成复发或难治性AML，5年生存率极低。
因此，针对肿瘤细胞异质性介导的耐药性的研究迫在眉睫。
三、重大突破
年9月22日，来自中国科学院武汉物理与数学研究医院的研究团队联合在MilitaryMedicalResearch期刊（影响因子34.9）发表一篇名为"Anintegratedmicrofluidicsplatformwithhighthroughputsinglecellcloningarrayandconcentrationgradientgeneratorforefficientcancerdrugeffectscreening"的文章，开发了一种可进行高效癌症药物效应筛选的单细胞高通量微流控"SMART"平台。
什么是“SMART”？
S（Simple，设备制造和系统设置简单）
M（Massive，设备可以生成数千大规模排列的单细胞；Multiplex,装置本身可产生多种药物浓度梯度，并具有良好的线性）
A（Alive，捕获的单细胞活力高，可生长增殖）
R（Retainable，被捕获或增殖的细胞能很好地保留在微室中）
T（Trackable，支持对阵列中的细胞进行多时间点跟踪，且易于定位感兴趣的细胞）
该平台(MicrofluidicchamberArray(units)andasix-Concentrationgradientgenerator,MAC)突破性地集成了6个浓度梯度发生器(CGG)和个微腔阵列，可同时实现6个药物浓度梯度的高通量和高效率的单细胞捕获、克隆和鉴定。
MAC由两个入口、一个圣诞树状的CGG模块、一个细胞捕获阵列和一个连接到出口的梯形网络组成（图1-a）。该装置使用软光刻和PDMS快速成型方法制造，占地面积小（约30×20mm2），可轻松装入培养皿中并放置于细胞培养箱。
▲图1微流控装置的设计和工作原理
经测试，在最佳细胞密度（3.0×个细胞/ml）下，6通道MAC的整体单细胞捕获率可达74%，一次检测中可捕获约个单细胞用于药物测试（图2-b）。
▲图2MAC单细胞捕获和单细胞克隆效率评估
利用该平台，研究团队对白血病细胞系K的单细胞/单细胞克隆进行了伊马替尼(Ima)和白藜芦醇(Res)两种知名药物的单一/联合治疗。
通过细胞活性检测，区分出一些在高药物浓度下也能正常存活的耐药细胞，且细胞增殖检测的结果表明，单细胞克隆具有比单细胞更强的耐药性，提示细胞间的交流可能会增加对抗癌药物的敏感性。
在细胞模型之外，研究还对两位急性髓性白血病(AML)患者的白血病细胞样本进行了阿糖胞苷(Ara-C)和柔红霉素(DNR)药物组合联合化疗。
细胞活性检测的结果也观察到类似的在高药物浓度下能正常存活的耐药细胞，以及活细胞比例随药物浓度增加而降低的趋势。
▲药物（Ara-C和DNR的组合）对从AML患者骨髓中分离的单细胞的影响
耐药性是白血病复发并治疗失败的主要原因，利用该MAC平台，仅需少量的血液细胞样本就能实现多种药物浓度下的高通量单细胞药物筛选，并能在单细胞水平区分到对药物敏感和耐药的异质性细胞，进行针对性研究。相信在不久的将来，这一肿瘤细胞耐药性分析以及白血病的个性化治疗方案研究的一大利器会给我们带来更多的惊喜。
让我们一起期待MAC"SMART"微流控平台在单细胞分析领域中的应用吧~
四、产品喜助力
本研究在使用MAC"SMART"微流控平台进行抗癌药物筛选时，选用TargetMol小分子化合物Imatinib（伊马替尼）、Resveratrol（白藜芦醇）、Ara-C（阿糖胞苷）、DNR（柔红霉素），助力白血病耐药性研究，大佬的选择，你值得托付噢~
▲本研究选用小分子药物为TargetMol产品
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[1]NemkovT,DAlessandroA,ReiszJA.Metabolicunderpinningsofleukemiapathologyandtreatment.CancerRep(Hoboken).;2(2):e.doi:10./cnr2.
[2]KantarjianHM,KadiaTM,DiNardoCD,WelchMA,RavandiF.Acutemyeloidleukemia:TreatmentandresearchoutlookforandtheMDAndersonapproach.Cancer.;(8):-.doi:10./cncr.