对于癌细胞生长和转移来说，葡萄糖代谢非常重要，目前已知原因之一在于癌细胞表面的胰岛素受体远多于正常细胞，所以癌细胞能够代谢大量的葡萄糖。然而，人们对于癌细胞葡萄糖代谢过程的认知甚少，主要原因仍受限于缺乏能检测整个生物体葡萄糖代谢的非侵入性工具。
近日，瑞士洛桑联邦理工学院（École polytechnique fédérale de Lausanne, EPFL）的科学家成功透过一种萤火虫化发光合物连结癌细胞内的葡萄糖，使癌症生物体能发光，进而实时量化癌症的葡萄糖代谢，而且该技术高灵敏度和可量化性以及不具放射性，试剂可稳定使用多年，并可观察到发光数小时。该研究刊登于《Nature Methods》。
该研究团队从萤火虫发光方式中获得灵感，并将其与化学生物学的一个分支，点击化学（click-chemistry）技术结合起来，生物相容分子被设计成专门“点击”在一个定制的反应中，使其在活生物体的复杂环境中直接发生。他们设计二个点击分子，其ㄧ是葡萄糖，其二是萤火虫中的发光化合物“笼状萤光素”（caged luciferin）。一旦被萤光标记的葡萄糖被肿瘤细胞吞噬，它会透过点击反应与笼状萤光素反应，产生与进入细胞的葡萄糖量成比例的生物发光，该生物发光成像技术被命名为 BiGluc。
他们从患者体内取出癌性肿瘤样本，然后该样本使用萤光素酶（luciferase）进行化学标记，再将已萤光标记的癌细胞送入小鼠内，使其生长，制成发出萤光的肿瘤小鼠，他们期望透过该模型了解癌症的基本生物学和有效癌症治疗的发展。
接着，先在小鼠中注射笼状萤光素三苯基膦（caged luciferin triphenylphosphine, CLP），其在血液中不易分解。二十四小时后，再注入葡萄糖叠氮化物（glucose azide 4, GAz4），该化合物仅在非常特定的条件下与 CLP 反应。二种化合物之间的反应被设计为产生生物发光的光，就像萤火虫一样逃离身体，但会发生在表现萤光素酶的肿瘤代谢葡萄糖的地方。最后，他们将电荷耦合元件（Charge-coupled Device, CCD）相机传感器指向身体，然后获得肿瘤代谢表现的快照，结果发现产生的光量与代谢葡萄糖的表现成正比。
BiGluc 除了能用来了解不同肿瘤的代谢需求，为新颖且有效的治疗开辟新道路，也能延伸到癌症之外的代谢性疾病，例如糖尿病、神经退行性疾病、非酒精性脂肪性肝炎等。
延伸阅读：癌细胞爱吃葡萄糖？ 还是胺基酸？参考资料：
1. Nature Methods, 2019; DOI: 10.1038/s41592-019-0421-z
2. https://www.technologynetworks.com/proteomics/news/casting-a-spotlight-on-cancer-metabolism-with-bioluminescence-319594
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