最近在《Nature Biotechnology》發(fā)表的一篇論文，來(lái)自麻省理工學(xué)院-哈佛大學(xué)布羅德研究所和Dana-Farber癌癥研究所的研究人員描述了一種新的方法，大大簡(jiǎn)化了早期藥物發(fā)現(xiàn)中一個(gè)費(fèi)力的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。他們的方法稱(chēng)為PRISM，采用一種分子條形碼系統(tǒng)，以前所未有的規(guī)模和速度，在癌癥和其他細(xì)胞系上檢測(cè)潛在的藥物化合物。該系統(tǒng)可同時(shí)匯集和檢測(cè)多個(gè)細(xì)胞系，并有望加快靶向治療方法的發(fā)現(xiàn)，更好地代表疾病廣泛的遺傳多樣性。

本文資深作者、布羅德研究所首席科學(xué)官Todd Golub指出：“以前，你原則上可以在幾百個(gè)細(xì)胞系上檢測(cè)感興趣的化合物，但它需要實(shí)驗(yàn)室成員去冰箱，拿出幾百瓶——每一瓶是一個(gè)細(xì)胞系，并設(shè)立幾百個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)板。然后，每一次你想對(duì)化合物做出少量修改，并在細(xì)胞系之間進(jìn)行一下測(cè)試，就意味著要回冰箱去取。PRISM使你從一板細(xì)胞系獲得所需要的數(shù)據(jù)，因?yàn)榉磸?fù)往返于冰箱而變得更麻煩。”

PRISM引入可追蹤的“條碼”，它們被融入到每個(gè)被研究的細(xì)胞系的基因組成中。條形碼在長(zhǎng)度上是24個(gè)DNA核苷酸。我們的遺傳密碼包括四種不同的核苷酸（腺嘌呤、鳥(niǎo)嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶），這些條碼足夠長(zhǎng)，因此區(qū)別于基因組中的其他DNA片段，也允許生成一個(gè)看似無(wú)限數(shù)量的代碼。

一旦條形碼已被引入到單個(gè)細(xì)胞系中，多個(gè)細(xì)胞系可能被混合在一起作為一個(gè)“池（pool）”，然后它們被暴露于一種化合物。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，計(jì)算每個(gè)條形碼的數(shù)量作為一個(gè)讀數(shù)，可揭示每個(gè)細(xì)胞系中有多少細(xì)胞在暴露于化合物后存活下來(lái)。

PRISM的匯集潛力有助于解決癌癥研究中的一個(gè)持續(xù)性問(wèn)題：如何以一種反映疾?。ㄈ绨┌Y）遺傳多樣性的方式，來(lái)有效地檢測(cè)潛在的藥物。眾所周知腫瘤是異質(zhì)性的——是基因突變的產(chǎn)物，這些基因突變?cè)谝环N特殊類(lèi)型的癌癥中可能是常見(jiàn)的，也可能或極其罕見(jiàn)的。PRISM可讓研究人員能夠在幾十或幾百個(gè)細(xì)胞系中測(cè)試一種化合物，每一個(gè)細(xì)胞系都包含不同的突變，它們合為一體。

本文第一作者、Golub實(shí)驗(yàn)室博士后Channing Yu表示：“癌癥研究的一個(gè)長(zhǎng)期挑戰(zhàn)在于，找到一種方法，發(fā)現(xiàn)足夠復(fù)雜、因此能代表癌癥的藥物，但又很容易以至于在更大的尺度上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室研究是可行的。我們創(chuàng)建了PRISM的方法，專(zhuān)門(mén)解決這個(gè)問(wèn)題。”

了解哪些癌癥細(xì)胞系（引申開(kāi)來(lái)，哪些突變）可能對(duì)一個(gè)特定的化合物或藥物產(chǎn)生反應(yīng)，對(duì)于靶向治療有著深遠(yuǎn)的影響。靶定每個(gè)病人的特殊形式的癌癥，是“精確醫(yī)學(xué)”的一個(gè)目標(biāo)。精密醫(yī)學(xué)的核心是認(rèn)識(shí)到，如果一種疾病的生物學(xué)基礎(chǔ)條件在患者之間是不同的，那么，對(duì)治療的反應(yīng)，也會(huì)有所不同。

Golub說(shuō)：“在腫瘤學(xué)領(lǐng)域更普遍的一點(diǎn)是，了解疾病的遺傳多樣性是非常重要的。在疾病分子多樣性的背景下，我們才有真正的力量，來(lái)理解潛在的藥物如何起作用。PRISM降低了研究這種遺傳復(fù)雜性的障礙，它提供了一個(gè)更廣泛的視角，來(lái)觀察和理解一種化合物在不同癌癥類(lèi)型之間的活性。”

在藥物發(fā)現(xiàn)的最早期階段，基因多樣性的擴(kuò)展可以讓我們識(shí)別新的腫瘤靶點(diǎn)。研究人員指出，PRISM使得我們更容易分析形形色色的癌癥。

PRISM方法的可定制設(shè)計(jì)，也使其能夠在不同的設(shè)置中執(zhí)行。該方法可以適用于大型基因組中心或小型學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室。它可以在很大的深度上研究一種特殊的化合物，或在藥物發(fā)現(xiàn)研究中進(jìn)行更廣泛的篩選。細(xì)胞系的數(shù)目，也會(huì)因?qū)嶒?yàn)的不同而有所不同，人們可以測(cè)試一小部分細(xì)胞系或它們當(dāng)中的數(shù)百個(gè)。

Yu說(shuō)：“這種方法是模塊化的，可以用在許多不同類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)中。無(wú)論實(shí)驗(yàn)的規(guī)模是非常小還是非常大，PRISM都能提供潛力來(lái)簡(jiǎn)化它，使它更加可行。”

Golub的團(tuán)隊(duì)使用一種珠雜交條形碼讀出系統(tǒng)，它已經(jīng)與DNA、RNA和蛋白質(zhì)一起“久經(jīng)沙場(chǎng)”，作為這種方法的基礎(chǔ)。在102個(gè)細(xì)胞株上檢測(cè)8400種化合物的一次發(fā)現(xiàn)篩查中，PRISM帶領(lǐng)研究人員確定了一種特定的新化合物——BRD-7880；其對(duì)面板上的細(xì)胞株的特殊作用，迅速帶領(lǐng)他們發(fā)現(xiàn)，這種化合物通過(guò)抑制極光激酶B（一種酶，參與在一些癌癥中異常調(diào)節(jié)的細(xì)胞分裂），而發(fā)揮作用。該系統(tǒng)使該研究小組一次可讀取多達(dá)500個(gè)條碼，但研究人員說(shuō)，批量大小可能有所差異。此外，可以采用新一代基因組測(cè)序技術(shù)讀出條碼。

除了標(biāo)有條形碼的細(xì)胞系集合的擴(kuò)展，用于檢測(cè)較大面板的化合物之外，下一步的工作將包括，確定PRISM是否可以用于研究腫瘤內(nèi)不同細(xì)胞類(lèi)型之間復(fù)雜的相互作用，或研究腫瘤發(fā)展過(guò)程中和腫瘤治療后的腫瘤演變。