肿瘤耐药
（Resistance）、复发（Recurrence）相关研究一直是目前临床及基础的热点问题。目前肿瘤治疗无效最主要的原因之一就是肿瘤的异质性，解决这一问题关键在于如何从单细胞水平靶向治疗及评估抗肿瘤治疗的疗效。
图：抗肿瘤治疗中产生的耐药突变
来源：doi:10.1016/j.tips.2018.12.004
而
循环肿瘤细胞
（Circulating Tumor Cells, CTCs）就是解决这个问题的一把钥匙。顾名思义，
脱落的原发肿瘤从原发灶穿透进血液循环，是肿瘤潜在的转移标志
，大部分可以通过上皮类标志物如EpCAM检测。在单细胞测序技术井喷发展的现在，在大量的血细胞中检测这些罕见的 CTCs 仍具有挑战性，而
纳米材料
则成为助力CTCs检测的最热工具。
图：血液微环境中的循环肿瘤细胞及其他细胞的相互作用。
CTC：循环肿瘤细胞。CAF: 癌相关成纤维细胞，TAM: 肿瘤相关巨噬细胞
（来源：doi: 10.1038/s41392-021-00817-8）
武汉大学生物医用高分子材料重点实验室程巳雪教授团队于Adv Sci（IF=14.3）发表题为：
《Functional
Tumor Targeting Nano-Systems for Reprogramming Circulating Tumor Cells with In Situ Evaluation on Therapeutic Efficiency at the Single-Cell Level》
的研究型结果。作者开发出一种
基于纳米材料的CTCs基因组编辑平台，可原位评估单细胞水平的治疗效率，从而揭示个性化癌症治疗对癌症治疗的实时反应。
换句话说，这种技术厉害到可以在原位检测出血液中哪些肿瘤细胞对治疗产生了反应。从临床前景出发，
正在使用抗肿瘤治疗的患者，在早期检测血液中的少量CTCs就可以评估抗特定的肿瘤效果，而非等到肿瘤形成转移灶，才能从影像学、临床表现上观察到疗效不佳
。因此，可以瞥见其中巨大的临床应用前景。这篇文章也发表于14分+影响因子的期刊上。让我们先具体来看看作者的设计思路：
一、研究结果
1. 纳米检测系统的构建：
文章选择癌症治疗中的典型靶蛋白 C-X-C 基序趋化因子受体4(CXCR4)作为离体基因组编辑的代表性靶标。CXCR4作为一种有前途的治疗靶点和重要的预后肿瘤生物标志物，在肿瘤细胞与肿瘤发生发展的微环境之间的相互干扰中起着重要作用。例如，CXCR4/CXCL12轴通过调节 MAPK 和 PI3K-AKT 途径促进肿瘤进展和转移。
研究者构建了一系列的
传递和检测纳米系统
，包括用于基因组编辑的质粒传递系统、用于检测CXCR4 mRNA下调的分子信标传递系统，以及用于基因组编辑和检测上调p53 mRNA和p21 mRNA的共传递系统。这些系统的结构在图1A中展示，并通过电静力作用形成复合体核心，然后通过自组装形成具有靶向功能的传递系统。
图1：原位评估CTCs的质粒示意图。
注：A)由融合肽和HA修饰的靶向质粒和分子标志传递系统的示意结构。B) CXCR4敲除和 mRNA 原位探测的示意图，评估 CTC 中的治疗效率。
2. 传递效率的鉴定：
通过流式细胞仪和共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）观察到，修饰有T22-NLS肽和/或透明质酸（HA）的纳米粒子在癌细胞中的摄取量更高，这归因于
T22序列和HA对过表达于恶性HeLa细胞的CXCR4和CD44的靶向能力。
图2：不同纳米粒子在癌细胞中的被吸收能力检测
3. 基因组编辑效率的鉴定：
通过WB分析和T7E1检测，证实了所有装载CRISPR-Cas9质粒的纳米粒子都能降低CXCR4的表达。特别是P@HPH纳米粒子，由于结合了HA和T22-NLS，
显示出最有效的CXCR4基因敲降效果。
图3：不同纳米粒子对于CXCR4的敲降效率检测
4. CXCR4基因敲降后的细胞凋亡标志物鉴定：
基因编辑后的癌细胞表现出显著的p53、p21和Bax上调以及Bcl-2下调，这与先前的研究一致，
表明CXCR4的抑制导致癌细胞凋亡增加。
图4：CXCR4基因敲降后细胞凋亡标志物p53和p21的鉴定
5. CTCs的基因组编辑：
研究者进一步在癌症患者的CTCs上进行了基因组编辑，通过FITC标记的T22-NLS肽和TOTO-3标记的基因组编辑质粒直接加入全血中，证实了传递系统在全血中的稳定性以及能够高效地将质粒传递到所有CTCs。
6. 治疗效果的原位评估
：
最后，通过共传递分子信标，研究者能够在基因编辑后的CTCs中实现对特定蛋白mRNA（例如p53和p21）的原位探测，从而评估基因组编辑的治疗效果。
图5：CXCR4基因敲降后细胞凋亡标志物p53和p21在全血中的鉴定
该研究通过在全血中对活体CTCs进行原位评估，这项研究提供了一个强大且新的平台，用于研究特定抗癌治疗在癌症患者中的治疗反应，为个性化癌症治疗提供准确及时的信息。
二、文章的亮点：
1.多功能纳米系统
：研究开发了一种新型的多功能纳米系统，能够同时进行药物和诊断剂的传递，并且在单细胞水平上评估治疗效果。
2.靶向CTCs的基因组编辑
：实现了在未处理的全血中对CTCs的靶向基因组编辑，这在以往的研究中尚未报道。
3.原位治疗效果评估
：通过分子信标技术，能够在基因编辑后立即在细胞内检测特定mRNA的表达，为个性化医疗提供了实时反馈。
4.临床相关性：
研究结果表明，通过靶向CTCs的治疗策略可能有助于预防癌症的进展和转移，这对于临床癌症治疗具有重要的指导意义。
如果文章只探究抗肿瘤治疗后CXCR4和CTCs重编程的改变，也就3分的水平，平淡无奇，但是作者掏出了加分神器——特制的纳米系统和载体：文章通过一种多功能纳米系统和特制载体（由组蛋白负载质粒、肿瘤靶向的透明质酸、 CXCR4靶向和核定位的融合肽段），这种方法可以有效地共同递送：①用于 CXCR4敲除的基因组编辑质粒；②在未经处理全血中检测CTCs的mRNA分子标志物，从而在原位评估单细胞水平的基因组编辑的治疗结果。
这项研究提供了一个简单的策略，能够深入剖析癌细胞对单细胞分辨率治疗作用的反应，以及时和方便地评估治疗的结果。
三、相关研究文章：
1. 靶向MUC1+CTCs的纳米系统
开发了一种多重靶向传递载体，通过整合组蛋白、透明质酸、SYL3C适体和CL4适体，实现了对不同类型肿瘤细胞及循环肿瘤细胞（CTCs）的高效靶向，进而对MUC1基因进行敲除。
2. 靶向CXCR4+白血病细胞
构建了一种双重靶向CRISPR-Cas9基因编辑纳米系统，通过靶向CXCR4基因敲除来逆转白血病细胞的恶性表型，有效诱导细胞凋亡和抑制细胞迁移及粘附。
3. 靶向CTS+miRNA
开发了一种高效的肿瘤靶向纳米探针，利用催化发夹组装（CHA）系统结合蛋白硫酸盐（PS）和经SYL3C共轭透明质酸（SHA）及透明质酸（HA）修饰，实现了在未处理全血中活体循环肿瘤细胞（CTCs）内微小RNA-21（miR-21）的原位检测，为非侵入性肿瘤早期检测提供了一种有效的策略。
四、同个材料可延伸的不同思路及切入点
文章中的技术展示了在癌症治疗中的创新应用，而将其应用到其他疾病中时，需要注意以下要点，并评估其可行性：
1.
疾病特异性靶点的识别：
每种疾病都有其特定的生物标志物或受体，类似于本文中的CXCR4在肿瘤细胞中的高表达。在应用这种技术于其他疾病时，需要识别并验证这些疾病特异性的分子靶点。
2.
靶向载体的适配：
需要根据目标疾病的特性，设计适配的靶向配体，如抗体、肽或小分子，以确保纳米载体能够特异性地与目标细胞结合。
3.安全性考量：
基因编辑技术在不同疾病中的应用需要经过严格的安全性评估，以避免潜在的非特异性编辑和脱靶效应。
4.
传递效率和生物利用度
：技术需要保证在不同疾病环境下，纳米载体能够保持高效的传递效率和生物利用度，这可能受到疾病微环境的影响。
5.
疾病微环境的影响：
不同疾病可能具有不同的微环境，如炎症、纤维化等，这些因素可能影响纳米载体的稳定性和传递效率。
6.
治疗响应的评估：
与本文中对CTCs的治疗响应评估类似，需要开发相应的方法来监测和评估基因编辑在其他疾病中的治疗效果。
总结：跨学科发文章更容易得高分，而纳米材料搭载的CTCs检测平台，结合基因编辑等常规手段，在肿瘤研究领域也会大放异彩。
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