纳米操作机器人技术在癌症靶向治疗中的应用研究

在癌症的临床靶向治疗中，不同患者对同一药物存在耐药性差异问题，这给医生制定临床用药方案带来了极大的困难。本课题拟开展利用纳米技术在单细胞上探索患者耐药性差异机理的方法研究。其核心思想是研究采用纳米操作机器人技术，在活体病理细胞表面进行药物抗原密度的探测和抗体-抗原结合力大小的测试；并通过实验结果与临床药效的对比，揭示导致耐药性差异的机理。具体研究内容包括:被探测原代病体细胞的制备；液体环境活细胞上机器人化纳米探测的抗扰动技术；蛋白作用力的高灵敏感知策略和基于统计模型的结合力量化方法。通过本研究，将发展一种在活体细胞表面研究分子耐药性机理的方法，该技术不仅能在临床治疗中对患者的耐药性进行前期预测，还可在新药开发中用于克服集群平均效应所带来的不足，这对帮助临床医生给出适应个体病例的用药方案、提高我国的医药研发水平都有重要的意义。

该课题针对淋巴瘤靶向治疗中，不同患者对同一药物存在耐药性差异的问题展开研究。其核心思想是采用纳米操作机器人技术，在活体病理细胞表面进行药物抗原密度的探测和抗体-抗原结合力大小的测试；并通过实验结果与临床药效的对比，揭示导致耐药性差异的机理。围绕核心科学问题和研究内容，项目组开展了深入和卓有成效的研究，项目执行期内，发表学术论文40篇(SCI: 16，EI: 24)，其中4篇论文分别被《Applied Physics Letters》、《Acta Physico-Chimica Sinica》、《中国科学》和《科学通报》选为封面发表； 1篇论文获得3M-NANO最佳会议论文提名奖(Top 2%)。鉴于研究成果的创新性和影响力，项目负责人应邀在IEEE-NanoMed 2010，IEEE-ICRA 2011，3M-NANO 2011做特邀报告3次，在3M-NANO 2012国际会议上做大会报告(Plenary Talk)1次。项目负责人因在纳米操作机器人及生物医学应用方面的创新性研究，获得了IEEE机器人与自动化学会的青年科学家奖(国际每年2人)，这也是自该奖1999年设立以来，首次授予大陆学者。.具体研究进展包括：①提出了一种结合微柱夹持和静电吸附的细胞固定方法，实现了悬浮淋巴瘤活细胞的固定以及细胞表面超微结构的高分辨率成像，解决了长期制约活体状态悬浮细胞精细观测的关键难题；②发展了一种基于机械特性的label-free细胞生理状态监测方法，测量了抗癌药物作用过程中细胞机械特性的变化，同时利用自制球形探针测量了不同侵袭程度癌细胞机械特性的差异，发现侵袭性越强的细胞越柔软，为寻找用于新药筛选的新型Label-free生物标记奠定了基础；③发展了一套单分子作用力测定和分析方法，实现了单个抗体-抗原分子作用力大小的精确测定，并在此基础上，建立了一种基于物理抗噪模式的细胞表面蛋白分布密度的定量化表征方法，对淋巴瘤细胞表面抗原分布进行了可视化表怔，为最终研究目标的实现迈进了坚实一步；④初步开展了临床应用研究，利用纳米操作机器人对不同淋巴瘤患者病理细胞表面的抗体-抗原结合力进行了检测，初步建立了细胞表面抗原-抗体结合力与Rituximab靶向治疗功效之间的偶联关系，获取了临床病理细胞的第一手资料，为淋巴癌个性化治疗的实现奠定了基础。