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

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

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

Hydro-Seq技術(shù)捕獲循環(huán)腫瘤細(xì)胞

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

　　經(jīng)驗(yàn)證，利用這項(xiàng)技術(shù)在10ml含有100個(gè)腫瘤細(xì)胞的血樣中，可以捕獲90.43 ± 6.08%的循環(huán)腫瘤細(xì)胞!

　　利用這項(xiàng)技術(shù)，對(duì)21例乳腺癌患者的666個(gè)循環(huán)腫瘤細(xì)胞進(jìn)行“嚴(yán)刑拷打”后，研究人員終于證實(shí)，盡管腫瘤干細(xì)胞在所有腫瘤細(xì)胞中占比很小，但是在血液中捕獲的腫瘤細(xì)胞大約有30%-50%均表現(xiàn)出了腫瘤干細(xì)胞特性!

　　在此之前，科學(xué)家們?nèi)狈Λ@取循環(huán)腫瘤細(xì)胞信息的有效檢測手段。想要從循環(huán)腫瘤細(xì)胞收集信息，存在著兩大難題。

　　首先，循環(huán)腫瘤細(xì)胞數(shù)量少，在大量血液中被稀釋到一個(gè)很小的濃度，現(xiàn)有技術(shù)捕獲效率低，容易遺漏一些重要類型的腫瘤細(xì)胞。

　　其次，其高度提純困難，而大量血細(xì)胞，包括紅細(xì)胞以及白細(xì)胞的存在，將對(duì)循環(huán)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生污染，干擾其分析結(jié)果。

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

　　首先，研究人員根據(jù)細(xì)胞尺寸實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤細(xì)胞的初步提取。一般而言，腫瘤細(xì)胞會(huì)比正常細(xì)胞大得多。粗提后，血細(xì)胞與循環(huán)腫瘤細(xì)胞的比例將從10億：1濃縮至95：1。

對(duì)腫瘤細(xì)胞進(jìn)行濃縮

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

　　然后，應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)Hydro-Seq，將剩余血細(xì)胞全部過濾。

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

具體提純步驟

　　首先加載細(xì)胞：此時(shí)，條碼珠端閥門關(guān)閉，腫瘤細(xì)胞結(jié)合在捕獲位點(diǎn)，捕獲位點(diǎn)端閥門受到腫瘤細(xì)胞的封堵，其余細(xì)胞只能轉(zhuǎn)向下游腔室，因此每個(gè)腔室內(nèi)最多會(huì)有一個(gè)腫瘤細(xì)胞。

綠色那顆是腫瘤細(xì)胞，紅色為血細(xì)胞

　　腫瘤細(xì)胞加載完畢后，條碼珠端閥門開放，此時(shí)可洗除腔室內(nèi)的其它血細(xì)胞。

腫瘤細(xì)胞卡在了捕獲位點(diǎn)，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(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組：條形碼化珠子進(jìn)入每個(gè)腔室后，關(guān)閉腔室所有閥門并摧毀腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞膜，腫瘤細(xì)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(guān)閉所有閥門，“引爆”腫瘤細(xì)胞

　　最后，開啟閥門，研究人員獲取條形碼化珠子，對(duì)每個(gè)腫瘤細(xì)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(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了測試：在健康受試者的10ml血樣中，加入約100個(gè)腫瘤細(xì)胞進(jìn)行分析，經(jīng)過驗(yàn)證，利用這項(xiàng)技術(shù)最終能有效捕獲90.43 ± 6.08%的循環(huán)腫瘤細(xì)胞。

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

　　基于這項(xiàng)技術(shù)，研究人員對(duì)21例乳腺癌患者的666個(gè)循環(huán)腫瘤細(xì)胞進(jìn)行深度分析，結(jié)果顯示，即使是同一個(gè)患者，其體內(nèi)不同癌細(xì)胞的表現(xiàn)通常也存在很大的差異。

基因分析結(jié)果

　　既往研究已經(jīng)證實(shí)，惡性腫瘤的轉(zhuǎn)移受到干細(xì)胞特性的腫瘤細(xì)胞，也就是腫瘤干細(xì)胞的誘導(dǎo)。需要注意的是，以往技術(shù)通過識(shí)別細(xì)胞表面蛋白從而捕獲患者血液中的腫瘤細(xì)胞，但是特別容易遺漏腫瘤干細(xì)胞，因?yàn)槟[瘤干細(xì)胞的表面并不會(huì)有一致的蛋白標(biāo)志物。

同1例患者的重復(fù)性檢測結(jié)果比較

　　這項(xiàng)研究的分析結(jié)果表明，腫瘤干細(xì)胞雖然在所有腫瘤細(xì)胞中的占比很小，但是在循環(huán)腫瘤細(xì)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(xì)胞的詳細(xì)進(jìn)展，值得強(qiáng)調(diào)的是，當(dāng)前這項(xiàng)研究的作者之一Max Wich教授與腫瘤干細(xì)胞同樣淵源頗深，他是人類實(shí)體瘤干細(xì)胞的最先發(fā)現(xiàn)者，國際腫瘤干細(xì)胞領(lǐng)域最具影響力的研究者之一。

　　隨著惡性腫瘤細(xì)胞基因表達(dá)的不斷變化，腫瘤治療的靶點(diǎn)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(xì)胞。而這項(xiàng)技術(shù)非常強(qiáng)大，能在細(xì)胞水平監(jiān)控腫瘤的治療。

　　研究人員表示，他們將利用這項(xiàng)最新技術(shù)在一項(xiàng)即將開展的藥物臨床試驗(yàn)中對(duì)患者的腫瘤進(jìn)展進(jìn)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

 

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