基于微流控细胞生物芯片技术的木蝴蝶抗肝肿瘤活性物质发现方法研究

Focus on the present problems, including national needs for the discovery of anti-tumor substances and low efficiency, high cost, long cycle in the research of new anti-tumor drugs, the project was carried out by the combination of global disease hot issues (cancer) and global high technology (microfluidic chip technology). According to 4 basic characteristics of tumor cells which reported in “Cell”, such as repellency of cell death, potentiality of replication, continuously angiogenesis, infiltration and metastasis of tissue, this study aimed to design and manufacture 4 kind of multifunction cell integrated microfluidic cell biochip on the basis of the existing technology and research work in the laboratory. The functions of 4 kind of biochip are inhibition of proliferation, apoptosis, neovascularization, migration and invasion of tumor cells. The integration of microfluidic above biochips was use to explore the research method and expound the active substance and its mechanism of Oroxylum indicum from multiple angles on the basis of the soothing liver effect, the related reports and the previous research results. This project lays the foundation for the discovery of the activity and mechanism of anti-tumor drug at the cellular level of the micro-physiological environment.

本研究将全球疾病热点问题（癌症）与全球高新技术（微流控芯片技术）相结合，针对抗肿瘤活性物质发现的国家需求，和抗肿瘤新药研发过程中存在的效率低下、成本过高、周期过长的问题。根据cell杂志报道的“抵抗细胞死亡、潜力无限的复制能力、持续的血管生成、组织浸润和转移”肿瘤细胞4大基本特征。在实验室现有技术、前期实验研究工作基础上，采用微流控细胞生物芯片技术，设计制作对肿瘤细胞的增殖抑制、促细胞凋亡、抑制肿瘤细胞新生血管生成和抑制肿瘤细胞迁移侵袭4种不同机制的多功能单元集成化微流控细胞生物芯片。结合传统中药木蝴蝶性味苦、凉，入肝经，具有疏肝抗肿瘤功效的相关研究及文献报道，整合微流控多功能单元细胞生物芯片及流式细胞术等技术，阐明活性物质及其作用机制，探索中药木蝴蝶多角度抗肝肿瘤研究方法，为微生理环境的细胞水平抗肿瘤药物活性发现和作用机制研究奠定基础。

本项目将全球疾病热点问题（癌症）与全球高新技术（微流控芯片技术）相结合，针对抗肿瘤活性物质发现的国家需求和抗肿瘤新药研发过程中存在的效率低下、成本过高、周期过长的问题，围绕肿瘤抵抗细胞死亡、潜力无限复制能力、持续血管生成、组织浸润和转移的生物学特征关键科学问题，构建了细胞增殖抑制、促细胞凋亡、抑制肿瘤细胞迁移侵袭、抑制肿瘤细胞新生血管生成4大类12种抗肿瘤药物活性物质筛选、作用机制发现生物芯片，结合3D、2D细胞共培养模式研发了3D多细胞培养体外模型，以木蝴蝶、茜草、鸡血藤药材及满族特色中成药复方木鸡颗粒等为测试和应用对象，完成抗肿瘤药物机制研究芯片的系统测试及具体应用。同时，以木蝴蝶药材为主要研究对象，构建了抗肝肿瘤作用机制生物芯片，开展了药材治疗肝肿瘤细胞的作用机制研究，完成了肿瘤作用的活性部位和活性单体筛选，成分解析及谱效关系研究，明确了抗肝肿瘤活性部位为黄酮和挥发性部位，找到起效的活性单体木蝴蝶苷B和黄芩苷，发现木蝴蝶黄酮药效部位具有明确的抵抗细胞死亡、潜力无限复制能力、持续血管生成、组织浸润和转移的生物特征及肿瘤机制。项目组还利用DEN诱导大鼠肝癌和生物芯片模型，结合网络药理学、代谢组学、转录组学等技术手段，验证了木蝴蝶黄酮成分及木蝴蝶苷B抗肝肿瘤体内药效，明确了木蝴蝶药效部位及活性单体木蝴蝶苷B、黄芩苷可调控PI3K、p38、TGF-β、p-Akt、PTEN、Caspase 9、TP53、VEGF等生物靶点，调节PI3K/Akt信号通路、p38 MAPK信号通路、TGF-β信号通路、VEGF信号通路、P53信号通路等治疗肝肿瘤的作用机理。本项目为我国抗肿瘤新药特别是抗肿瘤中药的快速筛选与研究提供一种新的思路和方法，为生物芯片技术在中药新药开发中的应用提供理论依据。本研究发表科研论文8篇，其中SCI论文2篇，申请发明专利2项。培养博士研究生1人，硕士研究生4人。