第一作者：郭峰

通讯作者：史鹏

通讯单位：香港城市大学

论文DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-024-53419-7

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该论文报导了一种高通量单细胞的基因敲除和组合siRNA药物筛选的技术，能够在一天内在单个细胞培养皿中同时检测数千种 siRNA 鸡尾酒的疗效，显著提高了组合药物的筛选效率并降低了筛选成本，为siRNA鸡尾酒疗法奠定了坚固的基础。

背景介绍

小分子干扰核酸(siRNA) 作为潜在的治疗药物，已经被发现并研究了20多年。然而，在临床研究中，siRNA的治疗效果仍然很有限，自2018年以来，仅有5种被美国药监局批准上市：patisiran, givosiran, lumasiran, inclisiran, and vutrisiran。除了siRNA的体内递送是一个难题以外，细胞内的冗余信号通路或者说是互补信号通路仍然也是一个重要问题。这些互补信号通路能够自发地调节细胞内的蛋白水平，因此当单个siRNA干扰蛋白表达时，其余的互补信号通路会因此受到反馈从而削减这种治疗效果。因此，科学家选择组合siRNA来实现更高效率的基因干扰，从而提升治疗效果。

通常，如何选择siRNA 以形成最有效的组合主要依赖于对单个siRNA 的沉默效率和安全性的评估，这一过程既耗时又缺乏关于它们之间协同或拮抗作用的信息。并且当涉及到大量siRNA 时，筛选不同的 siRNA 组合并确定最佳组合变得尤为困难。一种定量的、大规模多重化和系统化的高通量平台技术将极大有利于增强临床应用，并加速基于 siRNA 的疗法的发展。

研究出发点

文章同过逐级组装，合成了一种纳米/微米复合磁珠，该磁珠能够先吸附siRNA，然后附着到细胞表面，通过响应980 nm激光，实现单细胞的基因干扰。并且，通过光谱编码，赋予每一个磁珠特定的身份信息，再根据磁珠的空间信息，解码出细胞所接受的基因编辑类型。

图：通过分层组装的纳米磁珠进行单细胞编码转染技术的示意图

作者通过机器学习，将单个细胞和对应的编码磁珠相关联，通过读取磁珠的光谱信号，从而从单细胞水平读取siRNA的转染结果。

图：单细胞荧光RNA的递送和机器学习辅助细胞识别。

最后，作者通过筛选20种siRNA所组成的1315（）种siRNA鸡尾酒。

图：归属于6种信号通路的20个siRNA：膜相互作用（5 种）、细胞凋亡（4 种）、细胞周期（2种）、DNA 修复（3 种）、药物耐受性（1 种）和肿瘤增生（5 种）。筛选通量（1350）由 20 种 单个siRNA、190 种双siRNA 和 1140 种 三siRNA 鸡尾酒组成

总结与展望

文章揭示了以下结论：（1）多个siRNA的治疗效果显著高于单个siRNA；（2）来自不同信号通路的siRNA组合的治疗效果大于单一通路的siRNA组合；（3）Cyclin D1和 survivin是两个非常有前景的siRNA鸡尾酒靶点。此研究目前还只涉及细胞相关的调控，研究团队未来计划在活体动物的靶向器官中进行基因组合疗法的筛选。

作者最后展望道，该项技术不仅能高效多维地筛选siRNA鸡尾酒，还能回答目前尚未解决的生物学基础问题。此外，该平台的筛选通量具有极大的扩展性，通过简单的增加光谱编码至10bit，最后能筛选的siRNA鸡尾酒数量将高达178,433,024，这一巨大的。

参考文献

1. 1.Padda, I. S., Mahtani, A. & Parmar, M. Small Interfering RNA (siRNA) Therapy. In StatPearls [Internet]. (StatPearls Publishing, Treasure Island (FL), 2024)
2. 2.Nussinov, R. et al. Are parallel proliferation pathways redundant? Trends Biochem Sci. 45, 554–563 (2020).

课题组介绍

MULTISCALE INTEGRATIVE NEUROENGINEERING LABORATORY
(MINE-lab)课题组位于香港城市大学的跨学科生物医学工程实验室。主要研究通过跨学科的方法，从事生物传感器，生物芯片，以及高通量筛选技术的研究和系统开发，并致力于发展相关技术在神经生物学，生物电子学，脑科学等领域的应用。

课题组网址：

https://shipeng2.wixsite.com/minelab

https://personal.cityu.edu.hk/pengshi/

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-53419-7