基于微流控芯片研究中药榄香烯不同组份逆转胶质瘤干细胞“干性”的作用及分子机制

Intracranial glioma is a malignant tumor with the highest mortality rate. It is very difficult to reverse the "stemness" (such as proliferation and multidrug resistance) of glioma stem cells (GSC). Traditional Chinese medicine believes that glioma etiology can be classified as Qi stagnation and blood stasis. Zedoary belongs to Qi-promoting and blood-breaking herb. The oiliness extract elemene has significant anti-glioma and chemotherapy-sensitizing effects. However, effect of elemene on GSC is still not clear. We previously found that elemene could inhibit the proliferation of GSC, weaken its resistance against temozolomide (TMZ). However, elemene contains beta-, gamma- and delta-elemene components, all of which have anti-cancer effect. Their perplexed efficacy and unclear action mechanism seriously restrict clinical application. Therefore, this research intends to establish a novel high-throughput, high content microfluidic chip. Beta-, gamma-, delta-elemene and TMZ are grouped and injected into the "concentration gradient generator", hence resulting in different drug combinations and concentrations. Synchronous detection and parallel comparison are carried out, and molecular experiments are exerted to detect GSC "stemness" and the action mechanism. Ultimately, optimal dosage and grouping regimen of elemene components are screened. Elemene adjuvant chemotherapy scheme is established to kill GSC more efficiently, and improve the long-term prognosis.

胶质瘤是颅内致死率最高的恶性肿瘤，其难治的关键在于胶质瘤干细胞（GSC）的无限增殖和多药耐药等“干性”，目前尚无逆转方法。中医认为，胶质瘤病因可归为气滞血瘀、留为癥结。莪术为行气破血中药，其油性提取物榄香烯具有显著的抗胶质瘤和化疗增敏功效，但对GSC的作用尚不明确。我们前期发现榄香烯可明显抑制GSC的增殖，削弱GSC对替莫唑胺（TMZ）的耐药性。然而，由于榄香烯所含的β-、γ-和δ-榄香烯三种组份均具有抗癌作用，其药效混杂不清、作用机制不明，严重制约临床效果。为此，本课题拟建立新型高通量、高内涵微流控芯片，将榄香烯三种组份及TMZ优化配组后注入芯片的“浓度梯度生成器”，从而产生不同的药物组合和浓度作用于GSC，然后利用分子手段对其“干性”指标及作用机制进行同步检测和平行对比，最终实现对中药多组份最佳配伍方案的一站式筛选，使榄香烯辅助化疗的方案最优化，更加高效地杀伤GSC，改善远期预后。

胶质瘤是颅内致死率最高的恶性肿瘤，其难治的关键在于胶质瘤干细胞（GSC）的无限增殖和多药耐药等“干性”，目前尚无逆转方法。中药莪术的提取物榄香烯具有显著的抗胶质瘤和化疗增敏功效。我们前期发现榄香烯可明显抑制胶质瘤细胞的增殖，削弱其耐药性。然而，由于榄香烯所含的β-、γ-和δ-榄香烯三种组份均具有抗癌作用，其药效混杂不清，限制了临床效果。本课题按照预期设计，成功制作了新型高通量微流控芯片，经测试证实可以在8个细胞培养室内产生良好的药物浓度梯度，所设细胞拦截器装置可以有效拦截悬浮生长的GSC。提取的两例原代GSC可以在神经干细胞专用培养基中完成自我更新和增殖。免疫磁珠法分选的细胞经流式细胞术确认其 CD133+细胞的比例分别为91%和93%。β-榄香烯单体及含有β单体相对较多的榄香烯注射液对CD133+ GSC显示出相对较强的抑制增殖、促进凋亡、和对TMZ的化疗增敏作用，γ、δ单体相较于β-单体作用相对较弱。与其他组相比，β-榄香烯单体组及榄香烯注射液组干性标志物CD133的表达下调更明显，相应的分化标志物GFAP、MBP、NSE的表达上调更明显，上皮标志物E-cadherin和间质标志物Vimentin的表达上调相对更明显，间质标志物N-cadherin的表达下调相对更显著，耐药分子MGMT、ABCG2、P-gp、MRP-1、GST、BCL-2以及Wnt通路的β-catenin的表达下调更显著。而γ、δ单体组对上述分子表达的影响相对较小。新型微流控芯片的研发和应用，既提高了检测效率，节省了研究成本和研究耗时，同时又解决了微流控芯片实验中悬浮细胞流失的瓶颈问题，扩大了微流控芯片的研究应用范围。同时研究发现β-榄香烯成分在抗GSC方面具有明显的优势，为今后的研究提供了重要方向，因此具有较大的科学意义和应用前景。