從病人血液中進行循環(huán)腫瘤細胞（ CTCs）的分離與分析，可以實現(xiàn)非侵入性的“液體活檢”（Liquid biopsy），這對于癌癥的早期診斷和預(yù)后評估具有非常重要的臨床診斷價值。CTCs是從實體瘤脫落，發(fā)生上皮—間質(zhì)轉(zhuǎn)化進入到血液循環(huán)的惡性腫瘤細胞。由于外周血中CTCs數(shù)量稀少（十億個血細胞中僅含有1～10個CTCs），且具有高度異質(zhì)性和易聚集成團等特點，因而CTCs研究的關(guān)鍵在于從含有大量血細胞的復(fù)雜血液樣本中準(zhǔn)確地將其分離出來，且要滿足高純度、高捕獲率和高通量三個要求。

外周血中的CTCs。圖片來源：Penn State University

目前唯一通過FDA認證的是CTCs分離與計數(shù)系統(tǒng)，CellSearch，是采用外面包被了特異性抗體抗EpCAM（上皮細胞粘附因子）的免疫磁珠，通過抗原抗體作用，與血液中表達EpCAM的CTCs結(jié)合，并進一步通過熒光反應(yīng)識別。雖然該技術(shù)有較高的靈敏度，但其仍存在著一些缺點，如未實現(xiàn)全自動分選、假陽性比率高、預(yù)處理環(huán)節(jié)損失大量目標(biāo)細胞，以及富集后的CTCs沒有生物活性等。

Edward Sargent教授（左）與Shana Kelley教授（右）。圖片來源：University of Toronto

日前，來自于多倫多大學(xué)的Edward Sargent教授與Shana Kelley教授共同合作，發(fā)明了一種基于微流控芯片的被稱為MagRC（Magnetic ranking cytometry）的技術(shù)，能夠區(qū)分出全血細胞中的CTCs，并對異質(zhì)性的CTCs進行分類。該技術(shù)的靈敏度能達到單個細胞的檢測，且能追蹤腫瘤生長程度不同的小鼠內(nèi)CTCs表面的動態(tài)顯型。這種方法與市場上的黃金標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果相一致，但需要的細胞數(shù)量更少，且不受大量血細胞的影響。相關(guān)研究成果已發(fā)表于Nature Nanotechnology雜志上。

MagRC技術(shù)示意圖。圖片來源：Nat. Nanotech.

研究人員所發(fā)明的MagRC技術(shù)是利用免疫磁性分離法，依據(jù)CTCs表面標(biāo)記物的表達量來進行分類。他們首先將血液樣品與抗體修飾的磁性納米粒子相孵育，使CTCs表面特異性地結(jié)合上磁性納米粒子。CTCs表面標(biāo)志物表達量越多，結(jié)合的納米粒子也就越多。接著，將樣品注入到微流控裝置中，該裝置內(nèi)從左到右有不同半徑的微型磁體，以此產(chǎn)生一個磁場梯度。結(jié)合有較多納米粒子的CTCs在低磁場強度的區(qū)域內(nèi)即可被捕獲，而結(jié)合較少納米粒子的CTCs會在高磁場強度的區(qū)域內(nèi)被捕獲，再通過免疫熒光使捕獲的CTCs可視化，最終實現(xiàn)對CTCs的分類。

四種不同標(biāo)志物表達的細胞在芯片上的分布。圖片來源：Nat. Nanotech.

首先，研究人員利用MagRC技術(shù)對四種已知的標(biāo)記物表達量不同的細胞進行了檢測，證實該技術(shù)能準(zhǔn)確且靈敏地將四種細胞進行分類。

MagRC技術(shù)與商業(yè)化的CellRearch技術(shù)相對比。圖片來源：Nat. Nanotech.

研究人員接著利用此技術(shù)對未經(jīng)處理的全血中的癌細胞進行檢測，并與商業(yè)化的CellRearch技術(shù)相比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MagRC技術(shù)在全血樣品中依然保持有較高靈敏度，相比而言，CellRearch的效率在檢測低表達量標(biāo)志物的癌細胞時會受到極大的影響。

MagRC技術(shù)用于追蹤CTCs的動態(tài)顯型。圖片來源：Nat. Nanotech.

為了將MagRC技術(shù)應(yīng)用到追蹤CTCs動態(tài)顯型中，研究人員采用兩種荷瘤小鼠模型，即腫瘤經(jīng)刺激生長與未經(jīng)刺激生長。通過采血分析，研究人員發(fā)現(xiàn)兩種模型小鼠血液內(nèi)的CTCs數(shù)量隨時間增加而增加，且經(jīng)刺激的小鼠血液內(nèi)CTCs比未經(jīng)刺激的更多。此外，經(jīng)刺激的小鼠血液內(nèi)CTCs的顯型會持續(xù)變化，而未經(jīng)刺激的則趨于穩(wěn)定。

MagRC技術(shù)對臨床樣品CTCs的檢測與分類。圖片來源：Nat. Nanotech.

最后，研究人員采用MagRC技術(shù)對患有轉(zhuǎn)移前列腺癌與局部前列腺癌病人血液內(nèi)的CTCs進行檢測與分類。研究結(jié)果表明，相比于患有轉(zhuǎn)移前列腺癌的病人，患有局部前列腺癌病人血液內(nèi)CTCs的顯型呈現(xiàn)出更大的多樣性。

文章來源：X-MOR