Nature: 单核测序和共聚焦显微技术辨别癌细胞

肿瘤是由各种不同的细胞类群组成的，这往往会导致治疗失败，理解这种癌症异质性将能改善化疗的治疗疗效。细胞具有不同的形状和大小，有四四方方的上皮细胞，圆饼状的红细胞，细长丝状的神经细胞，还有巨大的肉眼可见的人类卵细胞。即使是相同基本类型的细胞，也没有两个是完全一样的，同样癌变的肿瘤细胞中也是如此，这里充斥着各种不同大小和形状的细胞，这对患者癌症的发展具有重要的影响。因此，研究人员希望能掌握细胞异质性的奥秘。

最新一期（7月25日）Nature杂志就以“Cancer biology: Cancer shows strength through diversity”为题，介绍了一些研究新成果，指出利用一些工具和技术，可以深入了解这种细胞异质性，从而增加癌症化疗的治疗疗效。

单细胞测序

来自美国德州大学MD安德森癌症中心的分子遗传学家Nicholas Navin与其合作者开发了一种单核测序（single-nucleus sequencing）技术，能用于绘制肿瘤图谱。研究人员利用这一技术追查了癌症的进化，追踪了癌症随时间和扩散越来越普遍时不同的细胞亚群。

Navin表示，“当前的方法是整体分析肿瘤，由此报告来自细胞群的平均信号。其缺点在于它可能掩盖了最丰富的、也是最恶性的肿瘤细胞亚群。”

而他们开发的方法能随机抽取单个细胞遗传信息，“我们想在人类肿瘤中描绘出克隆的多样性，了解这一参数在评估侵袭、转移、存活和对化疗的反应中是否具有预测价值。利用单细胞测序我们能够在肿瘤中重建这些细胞系，并了解突变的年表。”

为了完成这种单细胞分析，Navin实验室利用了一套系统，包括流式细胞分选单细胞或细胞核、激光捕获显微切割、全基因组扩增和新一代测序。其中用于分离单肿瘤细胞的是一种称为DEPArray的仪器，由意大利Silicon Biosystems公司开发。这种仪器可以从十万个细胞的化合物中分离，移动和成像一个癌细胞。

DEPArray的另外一个特点就是能保持细胞活性的情况下分离细胞，这样获得的细胞可以继续培养或者应用表达谱、测序、拷贝数变异等分析。DEPArray中的显微摄像系统可以检测多重荧光标记，并结合形态学分类，根据需要收集细胞，采用的是无物理接触、无形的电镜将指定细胞笼罩并沿特定轨迹移动至收集池。

此外这一实验室还采用了美国Fluidigm公司的一款能用于捕获单细胞的平台：C1™单细胞全自动制备系统，这一系统能快速分离单个细胞并进行基因组分析，一次完成96个单细胞自动分离。

不过据该公司研究人员Ken Livak介绍，这一系统与DEPArray不同，无法进行成像，因此适用于分离排序后的细胞。

改变细胞形状

来自英国癌症研究院的癌症生物学家Chris Bakal一直致力于研究癌细胞形状多样性模式，他与他的同事聚焦于转移性黑色素瘤细胞，这是一种由于其形状多变而臭名昭著的细胞，利用形态的变化，这些细胞能转移到机体的远端。

这一研究组主要采用的方法是转盘式共聚焦显微技术( spinning disk confocal microscopy, SDCM)进行成像分析，利用这种方法，研究人员能获得比传统共聚焦显微镜更高灵敏度的分析数据。

近期这一研究组发表了一篇文章，证明控制细胞形状的一些基因发生改变可能是皮肤癌病程中的一个关键步骤。研究人员利用自动化的高通量筛查以及复杂的计算模拟，对数以千万计的基因工程细胞进行了筛查和分析，确定了十几个影响细胞形状的基因。

细胞必须变成圆形，才能通过血流或侵入如脑等软组织，而呈现细长形状是为了通过如骨骼这样的较硬的组织，但是对于这些形状变化调控，科学家们了解的并不多。在这篇文章中，Bakal等人就开发了一种方法，鉴别和分析了果蝇细胞的形状，随后在哺乳动物细胞中验证和扩展了这些研究发现，鉴别出7种基因导致细胞呈现出一种特别圆的形状，或是细长的形状。

其中的一个基因PTEN具有特别强的影响。当PTEN关闭时，几乎所有的细胞都变得细长或大而圆，两种形状都可以帮助癌细胞逃脱限制，穿行于血管，浸润到健康组织。尽管过去科学家们就知道PTEN是一种肿瘤抑制子，但这一新研究揭示了它的新作用。

原文链接：

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Cancer biology: Cancer shows strength through diversity

Cells come in all shapes and sizes — boxy epithelial cells, discoid red blood cells, delicate, threadlike neurons and the behemoth human egg that is just visible to the naked eye. Even among cells of the same basic type, no two are identical. And the same is true of cells within a cancerous tumour, where differences in size and shape can have profound implications for the progression of a patient's disease. As a result, researchers are keen to get to grips with cell heterogeneity. Developing the tools and techniques to rationalize this cellular chaos has been a slow process, but the latest methods for imaging, modelling and sorting cells are at last coaxing them to relinquish their secrets.

来源：ebiotrade