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APCS:利用纳米操作机器人靶向治疗淋巴瘤获进展

来源:沈阳自动化研究所 2012-05-29 10:54

由中国化学会主办的SCI检索国际期刊Acta Physico-Chimica Sinica(中文名:《物理化学学报》),在最新一期以封面文章的形式发表了中科院沈阳自动化研究所微纳米课题组利用纳米操作机器人在淋巴瘤分子靶向治疗方面的最新成果(Drug-Induced Changes of Topography and Elasticity in Living B Lymphoma Cells: an Atomic Force Microscopy Study,2012, 28:1502-1508)。此前,沈阳自动化所在该领域的研究成果相继发表在《科学通报》(2011,56: 2681-2688),《中国科学:物理学 力学 天文学》(2012, 42: 358-368)上。

Acta Physico-Chimica Sinica封面显示的是利用MEMS工艺加工的微柱阵列对单个细胞进行夹持固定,并进行机器人化探测的示意图。目前,针对活体细胞的研究多集中在微生物细胞和贴壁动物细胞上,主要原因在于此类细胞依靠自身特性就能牢固固定在基底上方便完成探测,而活体动物悬浮细胞则由于难以固定等原因,探测较为困难。本研究发展了一种基于MEMS微柱阵列和多聚赖氨酸静电吸附相结合的悬浮活细胞无损机械夹持技术,实现了单个淋巴瘤活细胞的固定以及细胞表面超微结构的高分辨率成像,并在此基础上观测了不同浓度美罗华刺激下淋巴瘤细胞形貌精细结构的变化情况和细胞弹性变化情况,揭示出经过美罗华刺激后,细胞变得更粗糙,更柔软,且形貌和弹性变化的幅度随着美罗华刺激浓度的增加而增加,加深了对美罗华作用效果的认识。

纳米操作机器人是机器人领域新的分支,传统机器人技术以提高效率、减轻人的工作量为目的,多用来帮助人们完成人有能力但不愿意干的工作,比如焊接、搬运等枯燥、高重复性劳动;而纳米操作机器人技术则以扩展和提升人的能力为目的,主要去执行极端尺度下人们无法完成的工作,如原子精度定位、分子力测量等任务。利用纳米操作机器人开展淋巴癌靶向治疗差异机理研究是机器人技术提升人的能力,在细胞表面进行原位探测和操作的具体表现。

该课题的研究背景来源于医院的现实需求,即在淋巴癌的靶向治疗中存在同一种药对某些患者有效,而对另一些患者却无效的现象,这使得临床治疗中对症下“对”药变成了一件极其困难的事情。因此,需要研究产生耐药性差异的分子机理,进而指导实现临床的个性化用药。沈阳自动化所联合北京307医院淋巴瘤科开展了此方面的探索研究,其基本出发点是利用纳米操作机器人以单细胞为对象开展研究,该思路相比于传统方法具有一定的优势。传统的生化实验多在试管中进行,其实验结果反映了来自许多细胞的大量分子的平均活动行为,即集群平均效应。生物体自身之间的差异也由于集群平均而被淹没于整体之中,这正是导致药物疗效差异的根本原因。纳米操作机器人则是对单个细胞开展探测,这对传统的集群平均是一种有益的补充,更容易发现不同生物体之间的分子个性和细胞个性。

研究团队自2009年开展此方向以来,一直致力于利用纳米操作机器人在单细胞单分子水平进行原位探测的方法研究,相关成果已陆续得到Biochemical and Biophysical Research Communications、Scanning、SCIENCE CHINA Life Sciences、IEEE-NANO以及IEEE-NANOMED等国际知名期刊和会议的录用和发表。

相关研究受到了国家自然科学基金、中国科学院和机器人学国家重点实验室的大力支持。(生物谷Bioon.com)

Drug-Induced Changes of Topography and Elasticity in Living B Lymphoma Cells Based on Atomic Force Microscopy

LI Mi1,2, LIU Lian-Qing1, XI Ning1,3, WANG Yue-Chao1, DONG Zai-Li1, XIAO Xiu-Bin4, ZHANG Wei-Jing4

Atomic force microscopy (AFM) provides a means for characterizing the surface topography and biophysical properties of individual living cells under near-physiological conditions. However, owing to the lack of adequate cellular immobilization methods, AFM imaging of living, suspended mammalian cells is still a big challenge. In this paper, a method is presented for immobilizing individual living B lymphoma cells that combines mechanical trapping with pillar arrays and electrostatic adsorption with poly-L-lysine. In this way, the topography and elasticity changes of individual B lymphoma cells that were stimulated with different concentrations of Rituximab were observed and measured dynamically. When the cell is stimulated by 0.2 mg·mL-1 Rituximab for 2 h, the cell topography becomes more corrugated and Young's modulus decreases from 196 to 183 kPa. When the cell is stimulated by 0.5 mg·mL-1 Rituximab for 2 h, the cell topography changes more significantly and some tubercles appear, and Young's modulus decreases from 234 to 175 kPa. These results thus provide a unique insight into the effects of Rituximab on individual cells.

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