由邵慧林副教授和Brian Lim副教授领导的新加坡国立大学健康创新与技术研究所(iHealthtech)的一组研究人员开发了一种首创的技术，可以利用DNA条形码绘制细胞中多种蛋白质的相互作用。
这项被称为TETRIS的技术可以明确地识别和量化大型蛋白质组合中的多个相互作用的伙伴。通过捕获肿瘤细胞内蛋白质相互作用的复杂层次，该技术揭示了驱动疾病进展的详细分子机制。这使得更精确的诊断成为可能，可以在短短几个小时内对癌症进行准确的分型，并识别出疾病的侵袭性形式，这在以前是不可能的。
此外，俄罗斯方块提供了重要的见解，从中医生可以为个别患者量身定制治疗策略。例如，确定促进癌症生长的特定蛋白质及其相互作用可以导致改善患者预后的靶向治疗。
该团队的研究结果发表在2024年6月19日的《自然生物医学工程》杂志上。这项研究的第一作者是刘宇博士和诺亚·桑德博士。两人都是新加坡国立大学健康技术学院的研究员。
揭露潜伏的癌细胞
蛋白质几乎负责所有生命的基本过程。了解生命的这些组成部分是如何相互作用的是生物学和医学的一个关键方面。
事实上，蛋白质之间广泛相互作用，驱动健康和疾病中的重要功能和活动——破译这些相互作用不仅可以更好地预测细胞行为，而且具有广泛的临床应用，从改进疾病诊断到开发更有效的治疗策略。
然而，目前研究这些相互作用的方法存在局限性，例如错误的结果和蛋白质相互作用的不完整分析等。
金标准方法——酵母-两种混合分析——需要基因操作，并且仅限于两两二元相互作用，因此不适合临床样本。另一种常见的方法-基于质谱的蛋白质组学-由于大量的样品处理，经常错过弱相互作用，并且在其评估中仍然是二元的。
总而言之，这些方法无法捕捉到蛋白质相互作用的全谱，尤其是多种蛋白质相互作用形成大型功能组装的高阶蛋白质;高阶蛋白质相互作用的改变通常与更具侵袭性的癌症有关。
新加坡国立大学的研究人员转向DNA纳米技术寻求解决方案。
“DNA是一种可编程材料，可以用来编码丰富的信息，同时具有可预测的相互作用，这使我们能够在纳米尺度上制作具有精细空间控制的复杂架构，”领导俄罗斯方块设计的邵副教授说。她还来自新加坡国立大学设计与工程学院生物医学工程系。
利用DNA纳米技术的优势，俄罗斯方块利用混合分子结构作为智能编码器，直接绘制患者样本中的蛋白质相互作用。每个编码器携带一个目标识别抗体和一个模板DNA条形码。
在作用中，编码器不仅与相互作用的蛋白质结合，而且还将其条形码与相邻单元的条形码双边融合。由此产生的条形码捕获了所有信息——分子身份和空间关系——并可用于解码广泛的蛋白质相互作用。
与目前的方法不同，TETRIS测量了成对和高阶蛋白质相互作用，从而提供了复杂蛋白质相互作用组的全面图像。
“把蛋白质想象成参加科学会议的代表。每个委托都有一个带有唯一条形码的名称标签。当他们互动或‘握手’时，俄罗斯方块通过将他们的条形码连接在一起来捕捉这些互动，”Lim副教授说，他领导了用于处理俄罗斯方块收集的数据的算法的开发。
“这创造了一个互动链，我们随后可以通过算法读取和解码。就像在会议上看到谁在和谁聊天一样，俄罗斯方块使我们能够看到蛋白质在细胞内是如何相互作用的，为我们提供了一个镜头，通过这个镜头我们可以更有效地理解和诊断疾病。”
Lim副教授也来自新加坡国立大学计算机学院计算机科学系。
俄罗斯方块的一个突出特点在于它能够直接在临床样品中进行蛋白质相互作用的现场编码和解码。这项技术已经在人类乳腺癌组织的活组织检查中进行了测试，从中可以准确地诊断出癌症亚型，并揭示出与癌症侵袭性相关的高阶蛋白质相互作用。
改变医疗保健的未来
俄罗斯方块为疾病的分子基础提供了更详细和准确的图像，这对癌症诊断和治疗是一个福音。高阶蛋白质相互作用的变化是侵袭性癌症的标志，可以更容易地检测到，从而导致更明智、个性化的临床决策。
此外，《俄罗斯方块》的设计考虑到了可扩展性和适应性。该技术可以处理大量样品，并利用现有的实验室基础设施快速生成结果，从而使其能够以最小的干扰集成到常规临床工作流程中。
例如，这项技术可以在医生的办公室里使用，通过细针抽吸获得的样本——一种更安全、微创的活组织检查——可以快速分析，为治疗决策提供信息。
新加坡国立大学的研究人员计划将俄罗斯方块的应用扩展到其他类型的癌症和神经系统疾病，这可能为新型诊断工具和治疗干预铺平道路。
该团队已经为这项技术申请了两项专利，并希望将这项创新商业化。
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