【Cell】华人科学家及其团队创建条形码，快速破译癌细胞之间的“聊天”

自1974年第一个条形码出现在口香糖包装上以来，现在，这个无处不在的条形码系统让制造商、零售商和消费者能够快速有效地识别、定位和追踪产品及材料。近日，期刊《Cell》上发表了一篇研究论文，名为“Deciphering cell signaling networks with massively multiplexed biosensor barcoding”。

https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.11.005

约翰·霍普金斯医院和约翰·霍普金斯大学的研究人员展示了他们如何在分子水平上做同样的事情，研究癌细胞利用不同类型的条形码系统（由图案和颜色组合而成）“聊天”的方式，每个条形码都与交流网络中的特定生化活性相关联。

“癌细胞交流时，许多蛋白质会不断地改变它们彼此之间相互作用的方式，”论文的资深研究作者、约翰·霍普金斯大学医学院病理学助理教授Chuan-Hsiang（Bear）Huang博士说。“深入地实时研究这种信号一直都是很困难的，因此我们需要一种方法来对交流网络中发生的一切同时成像、跟踪和分析，从而揭示这些活动之间的真实关系。”

Huang说，基因编码的荧光生物传感器以前用于研究细胞内蛋白质的功能，包括癌细胞中的信号传导活动。生物传感器是有荧光分子（吸收特定波长的光能，然后发出更长波长的光）标记的蛋白质片段，每种颜色都与细胞中的特定活动有关。利用荧光显微镜对这些传感器所呈现的颜色的类型、位置和强度进行成像，研究人员可以精准地记录在不同细胞区域蛋白质的活动。

Huang说，“例如，特定颜色强度的变化，它们在细胞内的位置，以及一种颜色与另一种颜色的比例，这都揭示了所研究蛋白质的活性水平以及它们是如何实时相互作用的。”

然而，Huang说，当研究人员需要追踪像癌细胞交流网络这样的复杂系统时，荧光生物传感器的用处有限。他解释说，这是因为不同的生物传感器通常有非常相似的颜色，一起成像时很容易无法区分。

“过去，如果你想观察几十个追踪信号网络中不同蛋白质活动的生物传感器，每个生物传感器都必须在持续数小时的单独实验中成像，”该研究的主要作者、约翰·霍普金斯大学医学院的研究员Jr-Ming Yang博士说。“此外，为了了解交流网络的特性，这些实验必须重复进行。除了时间投入之外，单独的成像运行还增加了出现变化的可能性，因此很难确定蛋白质活动中的变化是否来自实际影响。”

Huang及其同事结合不同颜色和定位模式的荧光蛋白创建了“生物传感器条形码”，解决了上述问题。“生物传感器条形码”可以同时识别和追踪大量不同蛋白质的生物传感器，包括那些驱动癌症形成的蛋白质。

“为了同时追踪多个信号蛋白的活动，我们将不同的生物传感器与单个细胞中的特定条形码配对，然后利用延时显微镜将他们合并成像，”Huang说。“由于每个细胞都有不同的条形码，我们也可以利用这种方法来识别混杂在一起的不同细胞群，并研究它们是如何相互交流的。”

Huang说，这些图像是利用人工智能机器学习系统分析的，该系统是由该研究论文的合著者、Chuan-Hsiang (Bear) Huang实验室的博士后研究员Wei-Yu Chi博士创建。

“人工智能分析使我们能够在几秒钟内读取条形码，了解不同蛋白质的活动如何同步。”Chi说。

Huang说，“利用生物传感器条形码，我们希望能够更深入、全面地了解，致癌基因（促进癌细胞发育的基因）如何影响癌细胞之间的交流，以及与其他网络（例如免疫系统网络）的交流。这些发现可能有助于指导新的干预措施和治疗方法。”（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://medicalxpress.com/news/2021-11-biosensor-barcodes-chatting-cancer-cells.html

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。