捕获效率达到73%!《自然》子刊重磅:CTC高纯度、全面分析,液体活检巨大突破!

2019-05-30 05:11:19 Alicia

来源: 医世像



我们知道,循环肿瘤细胞(CTCs)是癌症病灶“掉落”进入到外周血液的肿瘤细胞。这些细胞随血液播散后在身体的其他部位形成新的转移灶,因此与癌症的转移和复发密切相关。

 

然而,循环肿瘤细胞在外周血中十分稀少,给相关研究的开展带来了极大的难度。大约每10亿个血细胞才有1个循环肿瘤细胞!

 

由美国密歇根大学的科学家研发的一种新型循环肿瘤细胞检测方法,超越当前技术,首次以超高的纯度研究每个循环肿瘤细胞,全面分析基因信息,揭秘其转移“奥秘”!



 Hydro-Seq技术捕获循环肿瘤细胞


这项研究最新发表在国际顶级期刊《Nature Communications》上。研究阐述了一种流体条形码化技术(Hydro-Seq),能够以极高的效率捕获并分离血液中的每一个循环肿瘤细胞,用以高通量分析。



经验证,利用这项技术在10ml含有100个肿瘤细胞的血样中,可以捕获90.43 ± 6.08%的循环肿瘤细胞!

 

利用这项技术,对21例乳腺癌患者的666个循环肿瘤细胞进行“严刑拷打”后,研究人员终于证实,尽管肿瘤干细胞在所有肿瘤细胞中占比很小,但是在血液中捕获的肿瘤细胞大约有30%-50%均表现出了肿瘤干细胞特性!

 

在此之前,科学家们缺乏获取循环肿瘤细胞信息的有效检测手段。想要从循环肿瘤细胞收集信息,存在着两大难题。


首先,循环肿瘤细胞数量少,在大量血液中被稀释到一个很小的浓度,现有技术捕获效率低,容易遗漏一些重要类型的肿瘤细胞。


其次,其高度提纯困难,而大量血细胞,包括红细胞以及白细胞的存在,将对循环肿瘤细胞产生污染,干扰其分析结果。

 

而通过这项最新的无创检测技术,研究人员仅需少量血液,就能够全面的描述单个患者体内不同循环肿瘤细胞的遗传学特征。

 

首先,研究人员根据细胞尺寸实现对肿瘤细胞的初步提取。一般而言,肿瘤细胞会比正常细胞大得多。粗提后,血细胞与循环肿瘤细胞的比例将从10亿:1浓缩至95:1。



对肿瘤细胞进行浓缩


虽然循环肿瘤细胞的纯度显著提高,但是对于详细的基因分析而言污染依旧过于严重。

 

然后,应用关键技术Hydro-Seq,将剩余血细胞全部过滤。


Hydro-Seq芯片由腔室以及通道系统构成。具体构造见下图,其核心单元循环肿瘤细胞捕获腔室见下图中的e。在血样流经单元腔室后,其中的循环肿瘤细胞将结合并封堵在6的位置。



具体提纯步骤


首先加载细胞:此时,条码珠端阀门关闭,肿瘤细胞结合在捕获位点,捕获位点端阀门受到肿瘤细胞的封堵,其余细胞只能转向下游腔室,因此每个腔室内最多会有一个肿瘤细胞。


图:绿色那颗是肿瘤细胞,红色为血细胞


肿瘤细胞加载完毕后,条码珠端阀门开放,此时可洗除腔室内的其它血细胞。


图:肿瘤细胞卡在了捕获位点,并封堵了此处阀门

 

随后,研究人员用条形码化珠子捕获癌细胞的转录组:条形码化珠子进入每个腔室后,关闭腔室所有阀门并摧毁肿瘤细胞的细胞膜,肿瘤细胞释放出RNA与条形码化珠子表面遗传密码杂交。


图:灰色的条形码化珠子来了

 

图:关闭所有阀门,“引爆”肿瘤细胞


最后,开启阀门,研究人员获取条形码化珠子,对每个肿瘤细胞的遗传信息分别分析,揭示其活性基因。


图:携带肿瘤信息的条形码化珠子“新鲜出炉”!


研究人员对这项技术进行了测试:在健康受试者的10ml血样中,加入约100个肿瘤细胞进行分析,经过验证,利用这项技术最终能有效捕获90.43 ± 6.08%的循环肿瘤细胞。


而将加载、洗脱以及条码珠杂交等过程中损失的细胞计算在内,最终用于分析的循环肿瘤细胞依然达到了72.85±2.64%!

 

基于这项技术,研究人员对21例乳腺癌患者的666个循环肿瘤细胞进行深度分析,结果显示,即使是同一个患者,其体内不同癌细胞的表现通常也存在很大的差异。



基因分析结果


既往研究已经证实,恶性肿瘤的转移受到干细胞特性的肿瘤细胞,也就是肿瘤干细胞的诱导。需要注意的是,以往技术通过识别细胞表面蛋白从而捕获患者血液中的肿瘤细胞,但是特别容易遗漏肿瘤干细胞,因为肿瘤干细胞的表面并不会有一致的蛋白标志物。


图:同1例患者的重复性检测结果比较

 

这项研究的分析结果表明,肿瘤干细胞虽然在所有肿瘤细胞中的占比很小,但是在循环肿瘤细胞中的占比却很大,占到了30%-50%!

 

在前几日的推送中,医世象从其他角度为大家介绍了肿瘤干细胞的详细进展,值得强调的是,当前这项研究的作者之一Max Wich教授与肿瘤干细胞同样渊源颇深,他是人类实体瘤干细胞的最先发现者,国际肿瘤干细胞领域最具影响力的研究者之一。

 

随着恶性肿瘤细胞基因表达的不断变化,肿瘤治疗的靶点也可能处在一直变化的状态中,治疗药物只能杀死其中一部分肿瘤细胞。而这项技术非常强大,能在细胞水平监控肿瘤的治疗。


研究人员表示,他们将利用这项最新技术在一项即将开展的药物临床试验中对患者的肿瘤进展进行追踪,监控治疗。 


参考资料

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

DOI: 10.1038/s41467-019-10122-2


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