重磅！西安交大公开发表乳腺癌研究新进展，引发国际关注！

近日，西安交通大学生命科学与技术学院仿生工程与生物力学研究所（BEBC）李菲教授和徐峰教授团队的最新研究成果以“In situ monitoring of functional activity of extracellular matrix stiffness-dependent multidrug resistance protein 1 using scanning electroChemical microscopy”为题，发表在英国皇家化学会旗下期刊 Chemical Science上。论文共同第一作者为西安交通大学BEBC硕士研究生曙阿克·库尔曼巴依和杨耀维，通讯作者为李菲教授和徐峰教授，其他作者还包括西安交通大学BEBC博士研究生赵宇翔和李亚北，西安交通大学第一附属医院肿瘤内科王乐医生和杨谨教授、西安交通大学BEBC助理教授周彦博士等。

• 李菲，西安交通大学生命科学与技术学院教授，博士生导师。主要从事电分析化学方法与技术在生物医学工程领域的交叉研究，包括单细胞原位电化学显微成像系统的研制与应用和柔性电化学即时检测芯片的研发与应用研究。在 Chem Rev、Adv Funct Mater、Mater Horiz、Nano Lett、Small、Chem Sci、Anal Chem 等国际知名杂志上共发表论文90余篇。担任Chinese Chemical Letters编委会委员、《电化学》编委会委员、Journal of Analysis and Testing青年编委、Electroanalysis期刊客座编辑。入选国家高层次留学人才回国资助人选、陕西省杰出青年科学基金获得者。

• 徐峰，西安交通大学生命科学与技术学院教授，博士生导师。生物医学信息工程教育部重点实验室主任，仿生工程与生物力学研究所（BEBC）所长，国家杰出青年基金获得者。主要从事生物力-热-电耦合学研究，获国家自然科学奖二等奖、教育部科学技术奖一等奖、中华医学科技奖一等奖等。入选“全球前2%顶尖科学家榜单”、“科睿唯安高被引科学家（交叉学科）”。

癌细胞发展产生的药物抗性是限制癌症治疗的重要因素之一。以往研究表明，肿瘤微环境中的细胞外基质(extracellular matrix, ECM)刚度对癌细胞的抗药性产生直接影响。另外，癌细胞膜上的多药耐药蛋白1(multidrug resistance protein 1, MRP1)可主动将抗癌药物泵出癌细胞，在癌细胞抗药性中发挥重要作用。然而，目前有关ECM刚度和癌细胞MRP1功能活性间的关系仍不清楚。再者，传统荧光表征方法主要对MRP1的表达进行分析, 无法表征药物作用下这种作为外排泵蛋白的实时活性。同时，监测癌细胞MRP1功能活性过程中需保证细胞活性, 因此需要可原位表征癌细胞MRP1功能活性的新方法。

近期，西安交通大学生命科学与技术学院仿生工程与生物力学研究所（BEBC）李菲教授和徐峰教授团队首先以对抗癌药物不同敏感性的乳腺癌细胞系MCF-7（雌激素受体阳性乳腺癌细胞）和MDA-MB-231（三阴性乳腺癌细胞）为癌细胞模型，用不同刚度（2.5、17.1、26.2 kPa）聚丙烯酰胺(polyacrylamide, PA)水凝胶模拟从良性到恶性病变不同阶段的乳腺癌细胞外基质的刚度值，将两种乳腺癌细胞在三种刚度PA胶上培养构建了体外乳腺癌细胞的力学微环境模型。

之后，为探究ECM刚度对癌细胞MRP1功能活性的影响，应用扫描电化学显微镜(scanning electrochemical microscopy, SECM)技术，以 FcCOOH 为体系氧化还原电对，以乳腺癌细胞释放的谷胱甘肽(GSH)的表观速率常数k与MRP1功能活性的对应关系，对不同刚度 PA胶上两种乳腺癌细胞的MRP1功能活性进行了原位、定量表征（图1）。实验结果证实ECM刚度变化可改变乳腺癌细胞MRP1的功能活性，并且ECM的刚度变化可引起乳腺癌细胞MRP1对抗癌药物（长春新碱）的外排能力的改变。

• 比较了溶液中三种常用的氧化还原电对（[Ru(NH3)6]Cl3，FcCH2OH、FcCOOH），证实FcCOOH可在不干扰癌细胞释放GSH的情况下作为SECM体系的氧化还原电对，实现对乳腺癌细胞MRP1功能活性和释放动力学过程的实时、定量检测（图 2）。

• 发现硬基质上培养的乳腺癌细胞k值明显高于软基质的k值。证实随细胞外基质刚度增加，乳腺癌细胞MRP1的功能活性增强（图 3）。

• 证实ECM刚度对不同亚型乳腺癌细胞MRP1外排化疗药物长春新碱（vincristine, VCR）能力的不同影响。表明癌细胞微环境中的ECM刚度在乳腺癌化疗耐药中具有一定作用（图4）。

该工作首次应用SECM对癌细胞微环境中不同基质刚度上癌细胞的 MRP1功能活性进行了原位表征，证实了ECM刚度对癌细胞MRP1功能活性的直接影响。

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素材来源：RSC英国皇家化学会、西安交通大学官网