Nature子刊：癌症研究的突破性技术

最近，美国研究人员开发出一种微流控芯片，可以捕捉罕见的循环肿瘤细胞（CTC）群，这会对“癌症如何扩散”产生新的重要认识。这项工作是由美国国家生物医学成像和生物工程研究所（NIBIB，国立卫生研究院的一部分）资助。

循环肿瘤细胞（CTCs），是从实体瘤中脱离出来并进入癌症患者血液循环的细胞。单个CTC是极为罕见的，通常10亿个细胞中只有不到1个CTC细胞。这些细胞能在远端器官定居下来，研究人员认为这是癌细胞扩散的一种模式。

比单个CTC更为罕见的是小的CTC群。虽然50多年来，科学家们已经知道CTC群的存在，但是它们在血液中的普遍性，以及在癌症转移中的作用，还没有得以彻底调查，主要是因为它们如此的难以捉摸。然而，使研究人员能够捕捉单个CTC的生物医学技术进展，又重新激起了科学界对于CTC群的兴趣，它们偶尔会与单个CTC一起被捕获。

最近，美国麻省总医院（MGH）和哈佛-麻省理工卫生科学技术部（Harvard-MIT Division of Health & Sciences Technology）的研究人员，在Mehmet Toner博士的带领下，开发出一种新型微流控芯片，专门设计用来从未被加工的全血中高效捕获CTC群。

NIBIB主任Roderic I. Pettigrew博士指出：“关于CTC群及其在癌症转移进程中的作用，我们知之甚少。这种独特的技术提供了一个令人兴奋的机会，以一种微创的方式捕捉这些罕见的细胞群，用于进一步分析。这项突破性的技术，可能对癌症研究产生非常大的影响。”

这种新技术――被称为集群芯片（Cluster-Chip），是在NIBIB量子基金的资助下开发出来的，该基金主要资助变革性技术创新，旨在解决具有重大疾病负担的主要医疗资金问题，如防止癌症转移，或根据个体癌细胞生物学精确定制治疗方案。

最近，Toner和他的合作者Daniel Haber博士，在60名患有转移性乳腺癌、前列腺癌和黑色素瘤癌的患者中，使用Cluster-Chip来捕获和分析CTC群。研究人员在在30%至40%的患者当中发现了CTC群――从2到19个细胞。

Toner说：“这些CTC群的存在，远比我们过去想象的更为常见。我们在这许多患者中看到了这种细胞群，真是一个了不起的发现。”

对患者CTC群的进一步分析，对于“CTC集群生物学”提出了新的见解。研究人员将他们的结果发表在2015年五月十八日的《Nature Methods》。

该芯片被设计成慢慢推动血液通过多排显微三角形柱子。这些柱子是以这样的方式排列：每两个柱子把细胞引流到第三根柱子的顶端。在顶端，单细胞――包括血细胞和单个CTC――很容易地滑到柱子的两侧，并继续通过芯片，直到到达下一个顶端；然而，CTC群被遗留在顶端，由于将它们拉向柱子相反方向的力量，使得它们安危未定。

为了确定Cluster-Chip的效率，研究人员将荧光标记的细胞群（2到30个细胞）引入芯片，并计算捕获的细胞群的数量，以及流经漏检数。在2.5ml/hr的血流速率上，芯片捕获了99%的细胞群，包含四个或更多的细胞，70%的无细胞群和41%的两细胞群。在捕获之前和之后，研究人员在显微镜下比较细胞集群发现，总的来说芯片对细胞群的完整性没有负面影响。

研究人员接下来将这种新型芯片的效率，与目前使用的、成功捕获CTC群的一些方法，进行了比较。他们发现，在类似的血流速度上，Cluster-Chip比基于滤波器的方法更有效，后者可推动血液通过一张膜，这张膜上有很多孔，大小只够让单个细胞通过。该芯片也比一种不同的微流控芯片更高效――Toner以前开发，可使用抗体（粘附在一些肿瘤细胞表面的特异蛋白），分离CTCs和偶尔分离CTC群。

这些结果突出了独特Cluster-Chip捕获技术的重要性，它是基于CTC群的结构性质而不是它们的大小或表面蛋白的存在。后者这种特性使得Cluster-Chip适合于捕获多种类型癌症的CTC群，包括那些在转移过程中失去表面蛋白以及那些从未表达它们的癌症，如恶性黑色素瘤。

研究人员继续在一项小型试验（60例转移性癌症患者）中测试了Cluster-Chip。在这项研究中，芯片在27名乳腺癌患者中的11人（百分之40.7）、20名黑色素瘤患者中的6人（百分之30）、13例前列腺癌患者中的4人（百分之31）当中，捕获到了CTC群。在患者样本中发现的大量细胞群表明，该细胞群可能在癌症转移阶梯反应中，发挥更大的作用。而CTC群的意义尚未完全确立，Toner和Haber小组2014年在《Cell》发表的一项研究发现，在转移性乳腺癌患者中CTC群的数量增加与生存率降低之间存在关联，在前列腺癌患者中，细胞群的存在与生存率下降之间存在关联。

为了表征CTC细胞群的生物学，研究人员在一名具有大量单CTC及CTC群的乳腺癌患者中，测量了肿瘤细胞增殖的一个标记――侵袭性增加和预后不良的一个指标。在患者细胞群中有约一半的细胞其增殖标记物呈现阳性，从而表明该细胞群可能包含积极增殖和休眠的细胞。

研究人员还指出，非肿瘤细胞罕见存在于不到5%的患者中。Pettigrew解释说：“事实上，一些CTC群包含免疫细胞，是我们特别感兴趣的。鉴于越来越多的癌症治疗作用于免疫系统，能够通过血液监测肿瘤的免疫细胞相互作用，可能是很有价值的。”

Toner预计，对于激励CTC细胞群生物学的新研究，Cluster-Chip将起着重要的作用：“就像唤一头沉睡的熊。这将唤醒探索CTC细胞群的领域，并开发更好的技术，来理解它们在癌转移中的生物学作用。”（转化医学网360zhyx.com）