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作者：Liz Zee
導讀：如今，人們無論買什麼，只要是商品就都會帶有條形碼，以方便商家識別物品並獲取相應的資訊。近日，華人科學家Chuan-Hsiang（Bear）Huang及其團隊建立了“生物感測器條形碼”，用以詳細識別癌細胞之間的交流聯絡，這一特殊的條形碼有望在未來用於癌症治療。
自1974年第一個條形碼出現在口香糖包裝上以來，現在，這個無處不在的條形碼系統讓製造商、零售商和消費者能夠快速有效地識別、定位和追蹤產品及材料。近日，期刊《Cell》上發表了一篇研究論文，名為“Deciphering cell signaling networks with massively multiplexed biosensor barcoding”。
https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.11.005
約翰·霍普金斯醫院和約翰·霍普金斯大學的研究人員展示了他們如何在分子水平上做同樣的事情，研究癌細胞利用不同型別的條形碼系統（由圖案和顏色組合而成）“聊天”的方式，每個條形碼都與交流網路中的特定生化活性相關聯。
“癌細胞交流時，許多蛋白質會不斷地改變它們彼此之間相互作用的方式，”論文的資深研究作者、約翰·霍普金斯大學醫學院病理學助理教授Chuan-Hsiang（Bear）Huang博士說。“深入地實時研究這種訊號一直都是很困難的，因此我們需要一種方法來對交流網路中發生的一切同時成像、跟蹤和分析，從而揭示這些活動之間的真實關係。”
Huang說，基因編碼的熒光生物感測器以前用於研究細胞內蛋白質的功能，包括癌細胞中的訊號傳導活動。生物感測器是有熒光分子（吸收特定波長的光能，然後發出更長波長的光）標記的蛋白質片段，每種顏色都與細胞中的特定活動有關。利用熒光顯微鏡對這些感測器所呈現的顏色的型別、位置和強度進行成像，研究人員可以精準地記錄在不同細胞區域蛋白質的活動。
Huang說，“例如，特定顏色強度的變化，它們在細胞內的位置，以及一種顏色與另一種顏色的比例，這都揭示了所研究蛋白質的活性水平以及它們是如何實時相互作用的。”
然而，Huang說，當研究人員需要追蹤像癌細胞交流網路這樣的複雜系統時，熒光生物感測器的用處有限。他解釋說，這是因為不同的生物感測器通常有非常相似的顏色，一起成像時很容易無法區分。
“過去，如果你想觀察幾十個追蹤訊號網路中不同蛋白質活動的生物感測器，每個生物感測器都必須在持續數小時的單獨實驗中成像，”該研究的主要作者、約翰·霍普金斯大學醫學院的研究員Jr-Ming Yang博士說。“此外，為了瞭解交流網路的特性，這些實驗必須重複進行。除了時間投入之外，單獨的成像執行還增加了出現變化的可能性，因此很難確定蛋白質活動中的變化是否來自實際影響。”
Huang及其同事結合不同顏色和定位模式的熒光蛋白建立了“生物感測器條形碼”，解決了上述問題。“生物感測器條形碼”可以同時識別和追蹤大量不同蛋白質的生物感測器，包括那些驅動癌症形成的蛋白質。
“為了同時追蹤多個訊號蛋白的活動，我們將不同的生物感測器與單個細胞中的特定條形碼配對，然後利用延時顯微鏡將他們合併成像，”Huang說。“由於每個細胞都有不同的條形碼，我們也可以利用這種方法來識別混雜在一起的不同細胞群，並研究它們是如何相互交流的。”
Huang說，這些影象是利用人工智慧機器學習系統分析的，該系統是由該研究論文的合著者、Chuan-Hsiang (Bear) Huang實驗室的博士後研究員Wei-Yu Chi博士建立。
“人工智慧分析使我們能夠在幾秒鐘內讀取條形碼，瞭解不同蛋白質的活動如何同步。”Chi說。
Huang說，“利用生物感測器條形碼，我們希望能夠更深入、全面地瞭解，致癌基因（促進癌細胞發育的基因）如何影響癌細胞之間的交流，以及與其他網路（例如免疫系統網路）的交流。這些發現可能有助於指導新的干預措施和治療方法。”
參考資料：
https://medicalxpress.com/news/2021-11-biosensor-barcodes-chatting-cancer-cells.html
注：本文旨在介紹醫學研究進展，不能作為治療方案參考。如需獲得健康指導，請至正規醫院就診。
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