Cell：生物传感器条形码识别癌细胞之间的“聊天”细节

自从1974年第一个条形码出现在口香糖包装上以来，这个现在无处不在的系统使制造商、零售商和消费者能够快速有效地识别、表征、定位和跟踪产品和材料。在最新一篇论文中，约翰·霍普金斯医学院的研究人员通过一种特殊的条形码，研究了癌细胞彼此“交谈”的方式。

　　

   

   

该图像显示了由不同颜色和空间模式的“生物传感器条形码”标记的细胞。约翰霍普金斯大学医学院的一项研究表明，条形码工具可以同时用于识别和跟踪细胞之间的通信信号，包括那些驱动癌症形成的信号。

11月26日发表在Cell杂志上的一项最新研究中，约翰霍普金斯大学的研究人员利用一种新技术在分子水平上研究肿瘤细胞彼此“交谈”的方式，这种特殊的条形码系统是由图案和颜色的组合组成，每一组都与细胞交流网络中特定的生化活动有关。

“当癌细胞交流时，许多蛋白质不断地改变它们彼此之间相互作用的方式，”论文通讯作者、约翰霍普金斯大学医学院病理学助理教授Chuan-Hsiang (Bear) Huang说，“深入和实时研究这种信号一直存在困难的，所以我们需要一种方法，可以同时成像、跟踪和分析网络中发生的一切，从而揭示这些活动之间的真实关系。”

基因编码荧光生物传感器以前被用于研究细胞蛋白质功能，包括癌细胞中的信号活动。这些生物传感器通过标记有荧光团的蛋白质片段，荧光团是通过吸收特定波长的光能，然后发出更长波长的光来激发荧光分子，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显示的颜色的类型、位置和强度进行成像，研究人员可以准确、准确地记录在不同细胞区域中活动的蛋白质。

Huang教授说:“例如，特定颜色强度的变化，它们在细胞中的位置，以及一种颜色与另一种颜色的比例，都能揭示被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，当研究人员需要跟踪一个复杂的系统，如癌细胞通信网络时，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，当一起成像时无法区分彼此。

“在过去，如果你想看几十个跟踪活动不同的蛋白质的生物传感器信号网络，每个生物传感器必须通过单独的实验，耗费几个小时”研究报告的主要作者Jr-Ming Yang博士说。此外，为了了解通信网络的特性，这些实验必须重复进行。除了投入时间外，单独的成像运行增加了出现变化的可能性，使得很难确定活动的变化来自实际影响。”

Huang和他的同事们通过结合不同颜色的荧光蛋白和定位模式来创建“biosensor barcodes生物传感器条形码”，克服了这些问题，这种工具可以同时识别和跟踪各种蛋白质的大量生物传感器，包括那些驱动癌症形成的蛋白质。

“为了同时跟踪多个信号蛋白活动，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，然后使用延时显微镜将它们混合并成像，”Huang说，“由于每个细胞都有不同的条形码，我们也可以使用这种方法来识别混合细胞中的不同群体，并研究它们是如何相互交流的。”

Huang说，这些图像是通过人工智能机器学习系统进行分析的，该系统是由该研究的共同作者、实验室博士后Wei-Yu Chi博士创建的。

Chi说:“人工智能分析使我们能够在几秒钟而不是几小时内读取条形码，这是观察不同蛋白质的活性如何随时间同步的关键一步。”

“通过生物传感器条形码，我们希望对致癌基因(启动癌细胞发育的基因)如何影响癌细胞之间的交流，以及与免疫系统使用的其他网络之间的交流，获得比以往任何时候都更深入和更全面的认识。这些发现有助于指导新的干预措施和治疗。”

原文检索：

Deciphering cell signaling networks with massively multiplexed biosensor barcoding

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)01320-9?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0092867421013209%3Fshowall%3Dtrue