我們知道，循環(huán)腫瘤細胞(CTCs)是癌癥病灶“掉落”進入到外周血液的腫瘤細胞。這些細胞隨血液播散后在身體的其他部位形成新的轉移灶，因此與癌癥的轉移和復發(fā)密切相關。

　　然而，循環(huán)腫瘤細胞在外周血中十分稀少，給相關研究的開展帶來了極大的難度。大約每10億個血細胞才有1個循環(huán)腫瘤細胞!

　　由美國密歇根大學的科學家研發(fā)的一種新型循環(huán)腫瘤細胞檢測方法，超越當前技術，首次以超高的純度研究每個循環(huán)腫瘤細胞，全面分析基因信息，揭秘其轉移“奧秘”!

Hydro-Seq技術捕獲循環(huán)腫瘤細胞

　　這項研究最新發(fā)表在國際頂級期刊《Nature Communications》上。研究闡述了一種流體條形碼化技術(Hydro-Seq)，能夠以極高的效率捕獲并分離血液中的每一個循環(huán)腫瘤細胞，用以高通量分析。

　　經驗證，利用這項技術在10ml含有100個腫瘤細胞的血樣中，可以捕獲90.43 ± 6.08%的循環(huán)腫瘤細胞!

　　利用這項技術，對21例乳腺癌患者的666個循環(huán)腫瘤細胞進行“嚴刑拷打”后，研究人員終于證實，盡管腫瘤干細胞在所有腫瘤細胞中占比很小，但是在血液中捕獲的腫瘤細胞大約有30%-50%均表現出了腫瘤干細胞特性!

　　在此之前，科學家們缺乏獲取循環(huán)腫瘤細胞信息的有效檢測手段。想要從循環(huán)腫瘤細胞收集信息，存在著兩大難題。

　　首先，循環(huán)腫瘤細胞數量少，在大量血液中被稀釋到一個很小的濃度，現有技術捕獲效率低，容易遺漏一些重要類型的腫瘤細胞。

　　其次，其高度提純困難，而大量血細胞，包括紅細胞以及白細胞的存在，將對循環(huán)腫瘤細胞產生污染，干擾其分析結果。

　　而通過這項最新的無創(chuàng)檢測技術，研究人員僅需少量血液，就能夠全面的描述單個患者體內不同循環(huán)腫瘤細胞的遺傳學特征。

　　首先，研究人員根據細胞尺寸實現對腫瘤細胞的初步提取。一般而言，腫瘤細胞會比正常細胞大得多。粗提后，血細胞與循環(huán)腫瘤細胞的比例將從10億：1濃縮至95：1。

對腫瘤細胞進行濃縮

　　雖然循環(huán)腫瘤細胞的純度顯著提高，但是對于詳細的基因分析而言污染依舊過于嚴重。

　　然后，應用關鍵技術Hydro-Seq，將剩余血細胞全部過濾。

　　Hydro-Seq芯片由腔室以及通道系統(tǒng)構成。具體構造見下圖，其核心單元循環(huán)腫瘤細胞捕獲腔室見下圖中的e。在血樣流經單元腔室后，其中的循環(huán)腫瘤細胞將結合并封堵在6的位置。

具體提純步驟

　　首先加載細胞：此時，條碼珠端閥門關閉，腫瘤細胞結合在捕獲位點，捕獲位點端閥門受到腫瘤細胞的封堵，其余細胞只能轉向下游腔室，因此每個腔室內最多會有一個腫瘤細胞。

綠色那顆是腫瘤細胞，紅色為血細胞

　　腫瘤細胞加載完畢后，條碼珠端閥門開放，此時可洗除腔室內的其它血細胞。

腫瘤細胞卡在了捕獲位點，并封堵了此處閥門

　　隨后，研究人員用條形碼化珠子捕獲癌細胞的轉錄組：條形碼化珠子進入每個腔室后，關閉腔室所有閥門并摧毀腫瘤細胞的細胞膜，腫瘤細胞釋放出RNA與條形碼化珠子表面遺傳密碼雜交。

灰色的條形碼化珠子來了

關閉所有閥門，“引爆”腫瘤細胞

　　最后，開啟閥門，研究人員獲取條形碼化珠子，對每個腫瘤細胞的遺傳信息分別分析，揭示其活性基因。

攜帶腫瘤信息的條形碼化珠子“新鮮出爐”!

　　研究人員對這項技術進行了測試：在健康受試者的10ml血樣中，加入約100個腫瘤細胞進行分析，經過驗證，利用這項技術最終能有效捕獲90.43 ± 6.08%的循環(huán)腫瘤細胞。

　　而將加載、洗脫以及條碼珠雜交等過程中損失的細胞計算在內，最終用于分析的循環(huán)腫瘤細胞依然達到了72.85±2.64%!

　　基于這項技術，研究人員對21例乳腺癌患者的666個循環(huán)腫瘤細胞進行深度分析，結果顯示，即使是同一個患者，其體內不同癌細胞的表現通常也存在很大的差異。

基因分析結果

　　既往研究已經證實，惡性腫瘤的轉移受到干細胞特性的腫瘤細胞，也就是腫瘤干細胞的誘導。需要注意的是，以往技術通過識別細胞表面蛋白從而捕獲患者血液中的腫瘤細胞，但是特別容易遺漏腫瘤干細胞，因為腫瘤干細胞的表面并不會有一致的蛋白標志物。

同1例患者的重復性檢測結果比較

　　這項研究的分析結果表明，腫瘤干細胞雖然在所有腫瘤細胞中的占比很小，但是在循環(huán)腫瘤細胞中的占比卻很大，占到了30%-50%!

　　在前幾日的推送中，醫(yī)世象從其他角度為大家介紹了腫瘤干細胞的詳細進展，值得強調的是，當前這項研究的作者之一Max Wich教授與腫瘤干細胞同樣淵源頗深，他是人類實體瘤干細胞的最先發(fā)現者，國際腫瘤干細胞領域最具影響力的研究者之一。

　　隨著惡性腫瘤細胞基因表達的不斷變化，腫瘤治療的靶點也可能處在一直變化的狀態(tài)中，治療藥物只能殺死其中一部分腫瘤細胞。而這項技術非常強大，能在細胞水平監(jiān)控腫瘤的治療。

　　研究人員表示，他們將利用這項最新技術在一項即將開展的藥物臨床試驗中對患者的腫瘤進展進行追蹤，監(jiān)控治療。

參考資料

　　Hydro-Seq enables contamination-free high-throughput single-cell RNA-sequencing for circulating tumor cells

　　DOI: 10.1038/s41467-019-10122-2

 

　　中國CTC 產業(yè)聯盟，是由國內10 家CTC 研發(fā)型企業(yè)共同發(fā)起，于2016年9月30日正式成立的行業(yè)聯盟。聯盟的宗旨是“促進CTC的學術交流，推動CTC的臨床應用，建立CTC的行業(yè)標準”，為我國腫瘤患者以及癌癥高危人群的慢病防治做出貢獻。組成聯盟的公司為北京博奧晶典生物技術有限公司、北京中科納泰生物科技有限公司、杭州華得森生物技術有限公司、益善生物技術股份有限公司、珠海麗珠圣美醫(yī)療診斷技術有限公司、上海柏慧康生物科技有限公司、宜昌美光硅谷生命科技股份有限公司、廣州安方生物科技有限公司。

　　中國CTC產業(yè)聯盟依托中國臨床腫瘤學會、中華醫(yī)學會檢驗醫(yī)學分會、中華醫(yī)學會病理學分會等國內學術團體，連接相關醫(yī)療機構、高校及科研院所、技術企業(yè)，更好地開發(fā)液體活檢技術，更大地推廣液體活檢市場，更高地推動液體活檢的地位，更強地放大液體活檢的聲音，更快地實現液體活檢的臨床轉化，更精準地為中國老百姓開展腫瘤防治服務。