基于微流控芯片的单细胞平台用于白血病细胞异质性和耐药性分析

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21904139
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0404.化学与生物传感
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Tumor heterogeneity and the resulted drug resistance make tumor curing a significant challenge. Recent achievements from single-cell studies have demonstrated that future cancer research should mainly be single-cell based analysis. Current microfluidic-based platforms can achieve good performance for single-cell capture and short-term cellular function analysis. However, it is challenging to do long-term culture in the devices and recover the cells of interest to perform downstream analysis, which hence limits their applications in deep analysis of tumor characteristics. Previously, we developed a microfluidic strategy to perform long-term cell culture and cell recovery and validated its performance. In this project, we propose to develop a high-throughput microfluidic single-cell platform based on our prior work, to analyze leukemia (or blood cancer) heterogeneity and its drug resistance. This platform has the ability to control cells in one-, two- and three-dimensional (3D) microchambers, which allows us to analyze the heterogeneity and drug resistance of tumor cells at three levels of single cell, single-cell clone and 3D sphere. In addition, it provides a way to combine the laser capture microdissection system to recover the drug-resistant cells for downstream analysis. The achievements of this project will benefit the fundamental researches including single-cell analysis, cancer drug-resistance studies and precise medicine. We hope that it will greatly promote the development of Chinese Biomedical Engineering and/or other related disciplines.
肿瘤的高度异质性和由此而引起的耐药性是导致治疗失败的主要原因。近年来基于单细胞技术的研究结果表明单细胞水平的肿瘤研究是未来主要发展方向。现有微流控平台可以完成单细胞的有效捕获和短时间的功能分析,但难以进行细胞的长期培养及目标细胞的选择性回收,因此难以实现肿瘤耐药性的深度分析。我们在前期研究中摸索了用于细胞长期培养与回收的微流控方法,并初步验证了其功效。本项目拟在已有研究的基础上,提出建立基于微流控芯片的高通量单细胞平台以用于白血病(血癌)细胞异质性和耐药性分析:在线形、二维和三维微腔室对单细胞进行操控、培养和梯度药物浓度在线刺激,在单细胞、单克隆和三维细胞团水平对血癌细胞的耐药性进行研究,进一步通过激光显微切割将耐药目标细胞取出以用于下游耐药机制的深度解析。本项目成果可广泛应用于单细胞研究、肿瘤药物筛选以及肿瘤精准医疗等领域,并促进生物医学及相关交叉学科的发展。

结项摘要

耐药引起的肿瘤复发仍然是当前肿瘤治疗的瓶颈。单细胞水平耐药性分析对于开发个性化肿瘤精准治疗具有显著指导意义。然而,目前高通量单细胞水平动态药物分析仍然是一重大技术挑战。近年来,微流控芯片技术的快速发展为这一问题的解决提供了可能。该项目首先设计、制作了一种包含>3000个单细胞微腔室阵列与6个浓度梯度的微流控芯片,并对该芯片进行了表征,包括单细胞与单克隆阵列的行成、化学浓度梯度的生成等。在此基础上,分析测试了白血病细胞系K562细胞对抗癌药物伊马替尼(imatinib)、白藜芦醇(resveratrol)及二者组合后的耐药性,发现单细胞和单克隆中的细胞均表现出明显的异质性,且药物组合比单个药物对癌细胞具有更为明显的杀伤效果,其IC50降低近一半;同时单克隆阵列中细胞的IC50比单细胞阵列的IC50有所提高,猜测癌细胞间相互作用可能有利于提高细胞耐药性。最后,为操控尺寸更小的原代细胞(来自于临床白血病患者骨髓样本),对芯片微腔室结构进行了进一步优化,可实现4000个以上原代细胞的捕获;基于此研究了病人细胞对临床药物Ara-C/DNR的耐药性,其结果进一步展现了细胞的异质性和单细胞水平研究的必要性。该高通量微流控芯片平台有望广泛用于单细胞水平肿瘤性分析。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Mass spectrometry-based strategies for single-cell metabolomics
基于质谱的单细胞代谢组学策略
  • DOI:
    10.1002/mas.21704
  • 发表时间:
    2021-05-24
  • 期刊:
    MASS SPECTROMETRY REVIEWS
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Hu, Rui;Li, Ying;Liu, Maili
  • 通讯作者:
    Liu, Maili
A virtual-droplet system for sensing MMP9 activity of single suspended and adhered cancer cells
用于感测单个悬浮和粘附癌细胞的 MMP9 活性的虚拟液滴系统
  • DOI:
    10.1016/j.snb.2020.127749
  • 发表时间:
    2020-04-01
  • 期刊:
    SENSORS AND ACTUATORS B-CHEMICAL
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Li, Ying;Zhang, Pengchao;Liu, Maili
  • 通讯作者:
    Liu, Maili
Photolithography-free fabrication of photoresist-mold for rapid prototyping of microfluidic PDMS devices
免光刻制造光刻胶模具,用于微流控 PDMS 器件的快速原型制作
  • DOI:
    10.1016/j.cclet.2021.07.045
  • 发表时间:
    2021-07
  • 期刊:
    Chinese Chemical Letters
  • 影响因子:
    9.1
  • 作者:
    Ou Gaozhi;Qin Shanshan;Wang Biao;Li Zheyu;Hu Rui;Li Ying;Yang Yunhuang
  • 通讯作者:
    Yang Yunhuang

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其他文献

有监督学习的超声背散射方法在骨质评价中的应用
  • DOI:
    10.15949/j.cnki.0371-0025.2019.05.002
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    声学学报(中文版)
  • 影响因子:
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  • 作者:
    第五强强;李博艺;李颖;徐峰;刘成成;他得安
  • 通讯作者:
    他得安
短脚锦鸡儿灌丛对植物群落和土壤微生物群落的促进效应研究
  • DOI:
    10.13866/j.azr.2021.02.13
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    干旱区研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张鹏;李颖;王业林;宋承承;高芳磊;解李娜;马成仓
  • 通讯作者:
    马成仓
水中痕量有机污染物的新型POCIS采样技术研究
  • DOI:
    10.19672/j.cnki.1003-6504.1626.21.338
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    环境科学与技术
  • 影响因子:
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  • 作者:
    蒋晨雪;杨雯;高艺宁;冯子恩;李奕璇;王义方;陈霁;李颖
  • 通讯作者:
    李颖
Heparosan细胞入胞途径及其胞内分布
  • DOI:
    10.16438/j.0513-4870.2016-1098
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    药学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    彭换换;李颖;袁嘉怿;陈荆晓;陈敬华
  • 通讯作者:
    陈敬华
基于深度学习的活体细胞有丝分裂检测方法
  • DOI:
    10.3788/aos202141.1511001
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    光学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    柯宝生;李颖;任振波;邸江磊;赵建林
  • 通讯作者:
    赵建林

其他文献

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李颖的其他基金

基于微流控芯片与NMR技术的类细胞环境下TERRA-G4结构与功能研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    60 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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