诺奖得主团队开发抗癌新“武器”:24小时内将癌细胞重编程为癌干细胞

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根据学术期刊CA: A Cancer Journal for Clinicians最新发布的全球癌症数据显示,2020年全球新发癌症病例1929万例,癌症死亡病例996万例。这一惊人数字意味着,尽管全球社会经济发展在过去十年大幅增长,医疗水平和治疗方法也在不断提高,但仍无法阻挡癌症发病率和相关死亡的迅速增长。对抗癌症任重道远。

目前,晚期癌症患者的5年生存率仍然很低,其中一个主要原因是肿瘤中的癌症干细胞,这些细胞不仅对放化疗产生耐受性,还会隐藏起来,或者在体内循环,导致癌症复发。
近日,发表在《Nature Biomedical Engineering》(IF=19)上的一项新研究中,来自日本北海道大学田中伸哉教授领导的研究团队开发出一种创新型水凝胶,可以在24小时内将6种不同类型的人癌细胞系转化为癌症干细胞。这一研究成果将为开发新的癌症疗法和靶向癌症干细胞的个性化药物铺平道路。

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2012年,因对“体细胞重编程技术”的研究,时任日本京都大学教授的山中伸弥获得当年的诺贝尔生理或医学奖。
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癌症干细胞(Cancer Stem Cell,CSC),也称癌干细胞,是指肿瘤中具有自我更新能力并能产生异质性肿瘤细胞的细胞。已知癌症干细胞在肿瘤恶化和产生治疗耐受性中发挥了重要作用。
研究通讯作者、北海道大学医学部田中伸哉教授解释说:”癌症干细胞是抗癌药物的主要靶点,但由于它们在肿瘤组织中存在的数量非常少,因此难以识别。了解癌症干细胞的分子机制对于开发更好的癌症疗法至关重要。
已知癌症干细胞需要一个非常特殊的微环境。在这项研究中,研究人员调查了他们的新型水凝胶是否可以重新创造出诱导癌干细胞的合适环境。这种新型水凝胶称为双网络水凝胶(Double-Network hydrogels),由两种化学物质组成的网络,并含有大量水分,使其具有类似生物组织的柔软和湿润特性。

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在该研究中,双网络水凝胶在短短24小时内就将6种不同的人类癌细胞系(脑癌、子宫癌、肺癌、结肠癌、膀胱癌和肉瘤)中分化的癌细胞快速重编程为癌症干细胞。将癌细胞置于双网络水凝胶上,它们开始形成球形结构,并产生已知是癌症干细胞标记的特定分子,如SOX2Oct3/4Nanog,表明它们已经被重新编程。
人脑癌细胞在双网络水凝胶上形成球形结构
与在单网络凝胶上培养的脑癌细胞相比,在双网络水凝胶上培养并颅内注射到免疫缺陷小鼠中的人脑癌细胞具有更高的致瘤性。

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此外,研究人员确认了一些参与癌细胞重编程的分子机制。他们发现,钙通道受体骨桥蛋白(osteopontin)是诱导癌症干细胞的关键。

他们还发现,来自患者的脑癌细胞在双网络水凝胶上培养后,产生了名为血小板衍生生长因子的受体。通过添加这些受体的分子抑制剂,他们可以靶向性地消灭癌症干细胞,这说明双网络水凝胶可以用来选择治疗药物。

田中说:”这为研究能靶向癌症干细胞的药物铺平了道路。未来,双网络水凝胶可以用于优化癌细胞类型的诊断和开发个性化药物,从而改善癌症患者的预后。”

论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41551-021-00692-2

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