导读：尽管癌症干细胞（CSC）已成为一个很有前途的研究对象，但是它们很稀少，而分离起来也相当复杂，这使得它们难以应用于药物筛选。最近，佛罗里达大学的研究人员开发出一种新方法，有望克服这一障碍，在微型芯片平台上实现药物筛选。这一成果于近日在线发表在《美国科学院学报》（PNAS）上。

传统的药物筛选需要大量的细胞，这就为那些涉及到稀有细胞的研究带来了难题。尽管技术进步已经催生了新的细胞分析芯片，它们需要的细胞量要少得多，但这些芯片也并非完美，仍有一些缺点。

佛罗里达大学的研究人员表示，许多新的方法都依赖于固定靶标分子，这限制了其在小分子药物库上的应用。同时，其他一些方法依靠机械臂来点样，这种技术不适合广泛采用。

研究人员指出，尽管目前已经有了捕获单细胞的芯片平台，但在确定化疗效果时，最好还是采用那些使用较多细胞的方法，这能够更好地捕获细胞反应的变化。“此外，人们也开发出装有药物的聚合物膜芯片，不过芯片上的单层细胞容易受到细胞信号通路的影响，这对于多潜能细胞尤为重要。”

为了解决这个问题，研究人员开发出药物洗脱芯片，它包括聚乙二醇背景，上面含有数百个装有药物的聚合物岛。这些岛作为药物储存器，与贴壁细胞放在一起，形成隔离的培养环境。

“可编程芯片技术的使用，实现了独特的药物洗脱点的建立，这样可以在覆盖的细胞上使用各种药物化合物、组合以及浓度，在单个设备上实现同时检测，”作者在文中写道。

研究人员发现，他们能够在这种芯片平台上获得有意义的结果，而所需的细胞不到96孔板所需量的6%。他们也证明了它的可靠性，所有芯片的平均变异系数为14%，而同一块芯片相同条件下为13%。

利用药物洗脱芯片以及两位不同患者的结肠直肠肿瘤干细胞，研究人员发现了不同细胞组合对药物的不同反应，表示此平台可作为一种预后工具，来确定个性化的化疗方案。

总的来说，这种新颖的芯片代表了“一种诊断工具，让那些以肿瘤干细胞群体为靶标的科研和临床实验室能够确定化疗方案，”他们总结道。（生物通 薄荷）

Drug-eluting microarrays to identify effective chemotherapeutic combinations targeting patient-derived cancer stem cells

Abstract  A new paradigm in oncology establishes a spectrum of tumorigenic potential across the heterogeneous phenotypes within a tumor. The cancer stem cell hypothesis postulates that a minute fraction of cells within a tumor, termed cancer stem cells (CSCs), have a tumor-initiating capacity that propels tumor growth. An application of this discovery is to target this critical cell population using chemotherapy; however, the process of isolating these cells is arduous, and the rarity of CSCs makes it difficult to test potential drug candidates in a robust fashion, particularly for individual patients. To address the challenge of screening drug libraries on patient-derived populations of rare cells, such as CSCs, we have developed a drug-eluting microarray, a miniaturized platform onto which a minimal quantity of cells can adhere and be exposed to unique treatment conditions. Hundreds of drug-loaded polymer islands acting as drug depots colocalized with adherent cells are surrounded by a nonfouling background, creating isolated culture environments on a solid substrate. Significant results can be obtained by testing <6% of the cells required for a typical 96-well plate. Reliability was demonstrated by an average coefficient of variation of 14% between all of the microarrays and 13% between identical conditions within a single microarray. Using the drug-eluting array, colorectal CSCs isolated from two patients exhibited unique responses to drug combinations when cultured on the drug-eluting microarray, highlighting the potential as a prognostic tool to identify personalized chemotherapeutic regimens targeting CSCs.

原文链接：http://www.pnas.org/content/early/2015/06/23/1505374112.full.pdf