过氧化氢感分子有助于选择有效的癌症治疗

过氧化氢感测分子显示化疗药物是否具有预期效果。

麻省理工学院化学工程师开发了一种新的传感器，使它们在癌细胞内看到并确定细胞是否响应特定类型的化疗药物。

检测人细胞内过氧化氢的传感器可以帮助研究人员识别新的癌症药物，促进过氧化氢水平，这诱导编程的细胞死亡。传感器也可以适用于筛查近期患者的肿瘤，以预测这些药物是否会对它们有效。

“同样的疗法不会针对所有肿瘤工作，”麻省理工学院的化学工程副教授Hadley Sikes说。“目前有一种真正的定量，化学上的工具，以能够测量肿瘤细胞与正常细胞发生的变化响应于药物治疗。”

徒步旅行者是该研究的高级作者，它出现在8月7日的自然通信问题。本文的第一作者是研究生Troy Langford;其他作者是前研究生北京黄和约瑟夫林和研究生孙金月亮。

跟踪过氧化氢

癌细胞通常具有导致其代谢的突变逐渐发出并产生异常高氢过氧化氢。当产生太多分子时，它会损伤细胞，因此癌细胞高度依赖于从细胞中除去过氧化氢的抗氧化体系。

靶向这种脆弱性的药物，称为“氧化还原药物”，可以通过致残抗氧化系统或进一步提高过氧化氢的产生。许多这样的药物已经进入临床试验，并具有混合的结果。

“其中一个问题是，临床试验通常会发现他们为一些患者工作，他们不适用于其他患者，”徒克斯说。“我们真的需要工具能够做出更精心设计的试验，在那里我们将在哪个患者对这种方法做出反应，并且这些药物可以获得更多这些药物。”

为了帮助迈向该目标，SIKES旨在设计一种传感器，可以灵敏地检测人体细胞内过氧化氢的传感器，使科学家能够测量细胞对这些药物的反应。

现有的过氧化氢传感器基于称为转录因子的蛋白质，取自微生物，并在与过氧化氢反应时工程化以荧光。徒克斯和她的同事试图在人体细胞中使用这些，但发现它们在他们试图检测的过氧化氢范围内并不敏感，这导致它们寻求可以执行任务的人类蛋白质。

通过研究随着过氧化氢的增加而被氧化的人蛋白质，研究人员鉴定了一种叫做过氧化唑素的酶，其占据大多数人细胞与分子的反应。该酶的许多功能之一是感测过氧化氢水平的变化。

然后通过向其添加两个荧光分子 - 一端的绿色荧光蛋白和另一端的红色荧光蛋白改性蛋白质。当传感器与过氧化氢反应时，其形状变化，使两个荧光蛋白更靠近在一起。研究人员可以检测到这种转变是否通过将绿灯闪耀到细胞上：如果未检测到过氧化氢，则发光仍然是绿色的;如果存在过氧化氢，则传感器替代。

预测成功

研究人员用两种类型的人类癌细胞测试了它们的新传感器：一个集合，他们知道他们的氧化还原药物被称为哌克隆萌芽，另一个人都知道它们不易受到影响。传感器显示，随着研究人员预期的，在抗性细胞中，过氧化氢水平不变，但在易感细胞中上升。

Sikes设想了这两个传感器的两个主要用途。一种是筛查现有药物的文库，或可能用作药物的化合物，以确定它们是否具有增加癌细胞中过氧化氢浓度的所需效果。另一个潜在的用途是在接受此类药物之前筛选患者，看看药物是否会对每位患者的肿瘤成功。徒步旅行者正在追求这两种方法。

“你必须知道这种癌症药物的工作，那么哪些肿瘤会回应，”她说。“这些是两个独立但相关的问题，以便需要解决这种方法在诊所具有实际影响。”

该研究由HAAS家族奖学金资助化学工程，国家科学基金会，三星奖学金以及科学界面的休闲局惠康基金职业奖。

出版物：Troy F. Langford等，“监测氧化还原癌治疗的作用使用人的过氧杂辛-2-2的探针”自然通信第9卷，物品编号：3145 (2018)