麻省理工学院化学工程研究人员最近开发出一种新的传感器，它可以进入癌症细胞并探测是否细胞对某一种药物作出反应。
传感器可以探测人类细胞中的过氧化氢，可以帮助研究者识别能提高过氧化氢水平的癌症药物，这将导致细胞程序性死亡。传感器也可以适应筛查患者个人情况并预测是否药物对该患者起效。
“一种疗法不能对抗所有的肿瘤，”麻省理工学院化学工程副教授 Hadley Sikes 说，“目前，我们缺乏一种真正的定量化学方式来测量肿瘤细胞与普通细胞对药物治疗的反应。”
Sikes 是这项研究的资深作者，这项研究 8 月 7 日发表在《自然·通讯》（Nature Communications）杂志上。
过氧化氢示踪
癌细胞通常是突变引起的，突变导致了它们代谢方式的变化产生异常多的过氧化氢。太多过氧化氢出现将对细胞产生伤害，因此癌细胞非常依赖抗氧化系统来将这些过氧化氢从细胞中移除。
针对这一特点的药物被称为“氧化还原药物”，可作用于抗氧化系统破坏或进一步促进过氧化氢形成。许多这样的药物已经进入临床测试，并获得一定结果。
“但这些药物还存在一个问题，临床试验通常发现这些药物只对一些患者有效，而对另一些患者并没有效果，”Sikes 说，“我们需要一种工具来更好的测量哪些患者对药物有反应，哪些没有，一些药物的反应是可以被证明的。”
为帮助达到这一目标，Sikes 设计了一种能够检测人类细胞内过氧化氢水平的传感器，让科学家可以测量细胞对这些药物的反应。
现有的过氧化氢传感器基于一种转录因子蛋白，从微生物中提取并通过工程改造后，当它们与过氧化氢反应时将产生荧光。Sikes 和她的同事尝试将它们用在人细胞内，但是他们发现，这些蛋白在目标浓度范围内还不够敏感，因此他们必须在人类蛋白中寻找能够胜任的蛋白。
通过研究人类蛋白网络中那些被过氧化氢氧化的蛋白，研究者发现了一种过氧化物还原酶，这种酶掌管大部分的人类细胞中过氧化氢相关的反应。该酶的一种功能是感受细胞中过氧化氢的水平。
文章的第一作者 Troy Langford 通过添加 2 个荧光分子修饰了这种蛋白——一端是绿色荧光蛋白另一端是红色荧光蛋白。当传感器与过氧化氢反应时，酶的结构会改变，导致两个荧光蛋白相互靠近。研究者可通过检测绿光判断是否这一转换发生：如果没有过氧化氢，光将保持绿色；如果过氧化氢存在，传感器将变为红色。
图 | 传感器对过氧化氢的响应。（图源：Nature Communications）
预测成功
研究者测试了这种新传感器在 2 种不同的人类癌细胞中：一组使用荜茇酰胺氧化还原药物，另一组使用已知不会对过氧化氢有影响的药物。传感器显示，过氧化氢在后者中水平不变而在前者中明显提高，这符合研究者的预期。
Sikes 认为未来这种传感器可能有 2 个主要应用。一个是筛选目前已经有的药物、或者潜在可以制成药物的化合物，传感器可以决定是否他们能达到预期的效果在癌细胞中提高过氧化氢的水平。另一个应用是患者在接受治疗前进行测试，以确定该患者使用这种药物是否能够起效。Sikes 现在在开发这两类技术。
“你必须知道哪些癌症药物是这样起效的，以及哪些癌症细胞会对它作出反应，”她说，“这两部分是分开的，但都与癌症治疗相关，且都对临床实践有影响。”
