无论是健康的还是患病的，人类细胞都表现出主要由生长因子分子决定的行为和过程，所述生长因子分子与细胞上的受体结合。例如，生长因子告诉细胞分裂，移动，何时死亡 - 一个称为细胞凋亡的过程。

当生长因子水平过高或过低，或细胞对其方向不规律地反应时，可能导致许多疾病，包括癌症。“据信，细胞对敏感性水平的生长因子有反应，”伊利诺伊大学生物工程副教授安德鲁史密斯说。“例如，单个分子将导致细胞行为发生重大变化。”

在最近发表在Nature Communications上的一篇论文中，史密斯报告了一项新技术平台的发明，该技术平台首次数字计算进入单个细胞的生长因子的数量。在此之前，研究人员根据引入生长因子分子时接收细胞如何反应推断生长因子结合。

“我们展示了单个细胞中生长因子的第一个直接因果关系，”他说。“我们预计这些结果将导致对细胞信号传导的新认识，细胞如何对药物产生反应，以及为什么细胞群体会对药物产生抗药性，尤其是改善癌症治疗方法。”

Smith的技术平台使用单个工程(10纳米)红外荧光量子点标记每个生长因子，然后可以使用三维显微镜观察。在他们的研究中，他们计算了多少表皮生长因子(EGF)分子与人类三阴性乳腺癌细胞结合，这些细胞在岛状表面上预先形成图案。

EGF分子通常表示细胞分裂并导致组织生长。许多癌症的EGF受体都有突变。

“我们使用量子点作为荧光探针，因为与其他常规荧光探针(如有机染料)相比，它们发出的光更多，我们可以通过改变其化学成分来调整其波长，”生物工程博士生Phuong Le说，第一作者这篇论文。“在我们的研究中，我们证明了发射近红外波长光的量子点可以最准确地计算与细胞结合的生长因子。”

根据Le的说法，研究小组还在没有和存在抑制细胞EGF信号传导的药物的情况下，用量子点标记的EGF治疗乳腺癌细胞。“我们发现EGF结合的量与药物疗效成反比，”Le说。“这一发现具有重要意义，因为它意味着存在于癌细胞肿瘤中的信号分子 - 信号分子经常被错误调节的地方 - 可以增强癌细胞对药剂的耐药性。”

除了Smith和Le之外，本研究的其他研究贡献者包括伊利诺伊分子和整合生理学教授Hee Jung Chung和研究生Brian Baculis，他们进行了分子生物学确认研究;前伊利诺伊州博士后研究员Sung Jun Lim，他曾进行量子点合成;和新南威尔士大学教授Kristopher Kilian，他为细胞岛设计了微接触印刷工艺。

这项工作由美国国立卫生研究院和伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校资助。

最近，史密斯和生物工程助理教授Pablo Perez-Pinera从美国国立卫生研究院获得了超过100万美元的资金，用新的细胞工程工具和图像分析软件进一步扩展史密斯的新技术。他们的R01拨款的目标是开发通过生长因子和细胞因子的单细胞信号传导的定量分析平台。