一種從患者血液樣本中有效分離異質(zhì)性CTCs的簡單、廣譜的方法

癌癥已成為對人類生命健康的危險之一，死亡率和發(fā)病率持續(xù)升高。液體活檢作為新興的腫瘤診斷技術(shù)，因其無創(chuàng)性、敏感性、操作便捷等優(yōu)勢受到關(guān)注。液體活檢使用的生物標(biāo)記物主要有循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTCs）、細(xì)胞外囊泡（EVs）和循環(huán)腫瘤DNA。循環(huán)腫瘤細(xì)胞是一類從腫瘤部位脫落進入外周血液循環(huán)系統(tǒng)的癌細(xì)胞。研究表明其與癌癥病人的腫瘤轉(zhuǎn)移、癌癥復(fù)發(fā)、治療效果評估、用藥指導(dǎo)及預(yù)后等密切相關(guān)。然而，CTCs在癌癥病人血液中的數(shù)量稀少，多數(shù)情況下在1 mL血液中僅有幾個；此外，目前主流循環(huán)腫瘤細(xì)胞分離方法均是基于一種腫瘤標(biāo)志物，如上皮細(xì)胞粘附分子（EpCAM）、人表皮生長因子受體2（HER2）、葉酸受體等，而由于腫瘤異質(zhì)性的存在會導(dǎo)致基于單一腫瘤標(biāo)志物的捕獲方法效率不理想。

針對上述挑戰(zhàn)，中國科學(xué)院蘇州納米所裴仁軍研究團隊利用單寧酸（TA）功能化磁性納米顆粒（MNPs），建立了一種從患者血液樣本中有效分離異質(zhì)性CTCs的簡單、廣譜的方法。研究利用單寧酸與鐵離子的配位作用制備了功能化四氧化三鐵磁性納米顆粒，該材料從8種癌癥病人的血液樣品檢測到CTCs。與免疫磁珠及微流控芯片技術(shù)相比，其操作過程簡便，僅需要一種化學(xué)分子的修飾即可實現(xiàn)對多亞型癌細(xì)胞的有效捕獲（圖1）。相關(guān)研究成果以Tannic Acid (TA)-functionalized Magnetic Nanoparticles for EpCAM Independent Circulating Tumor Cell (CTC) Isolation from Patients with Different Cancers為題，發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces2021, 13, 3694-3700上。蘇州納米所博士研究生丁丕為論文第一作者。

圖1 （a）單寧酸功能化磁性納米顆粒從血液中分離循環(huán)腫瘤細(xì)胞的原理圖；（b）單寧酸分子結(jié)構(gòu)

圖2 肝細(xì)胞癌細(xì)胞外囊泡的純化與分析。（a）EVs點擊芯片的裝置結(jié)構(gòu)及工作原理；（b）將純化的肝細(xì)胞癌EVs進行反轉(zhuǎn)錄微滴數(shù)字PCR（RT-ddPCR），以獲得10個肝細(xì)胞癌特異性基因的檢測，這些基因可用于區(qū)分出肝細(xì)胞癌患者

EVs是由細(xì)胞產(chǎn)生的納米級囊泡，包含DNA、蛋白質(zhì)、信使RNA、非編碼RNA等成分。研究表明，EVs與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移以及抗藥性相關(guān)，通過對其內(nèi)部信息的分析可用于癌癥的早期診斷、復(fù)發(fā)監(jiān)測、抗藥性檢測等。目前，EVs分離的方法，主要包括超高速離心法、免疫磁珠法以及柱層析法。利用這些方法分離得到的樣本普遍存在較多的非腫瘤來源的EVs，從而對腫瘤的檢測信號造成干擾。此外，肝細(xì)胞癌來源的EVs還存在著高度異質(zhì)性，這些因素導(dǎo)致肝細(xì)胞癌來源EVs的特異分離更加困難。

為了解決上述問題，美國加州大學(xué)研究團隊與裴仁軍研究團隊合作，利用肝細(xì)胞癌特異的三種抗體，與納米結(jié)構(gòu)基底的微流控芯片進行“點擊化學(xué)”反應(yīng)，對病人血漿中的腫瘤來源EVs進行捕獲，實現(xiàn)肝細(xì)胞癌來源EVs的高效高純度分離。科研人員將三種反式環(huán)辛烯（TCO）修飾的抗體與人工樣本進行孵育，對癌細(xì)胞EVs進行特異識別和標(biāo)記，而后將標(biāo)記后EVs的樣本通入四嗪（Tz）修飾的納米基底芯片內(nèi)，通過TZ-TCO之間高效的“點擊化學(xué)”反應(yīng)將抗體與抗原的免疫結(jié)合轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的共價鍵結(jié)合，從而實現(xiàn)EVs的精準(zhǔn)捕獲。研究利用微滴式數(shù)字PCR（ddPCR）技術(shù)對選定的10基因組合對臨床血漿樣本的診斷進行驗證。該研究提供了一種HCC EVs純化系統(tǒng)，并對HCC特異性的mRNA轉(zhuǎn)錄進行數(shù)字評分，可準(zhǔn)確區(qū)分HCC患者與無癌癥和其他惡性腫瘤患者。相關(guān)研究成果以Purification of HCC-specific Extracellular Vesicles on Nanosubstrates for Early HCC Detection by Digital Scoring為題，發(fā)表在Nature Communications2020, 11, 4489上。蘇州納米所博士孫娜為論文第一作者。

研究工作得到中科院對外合作重點項目的支持。

責(zé)任編輯：lq