這種最新儀器，可直接從血液中連續收集活癌細胞

新聞 04-14

循環腫瘤細胞（CTC）已經成為各種癌症患者診斷與預後預測的生物標誌物。然而，目前離體循環腫瘤細胞離技術依賴於單次靜脈穿刺的小量血液樣本收集，這大大限制了捕獲 CTC 的數量。

這一不確定的腫瘤細胞捕捉量會產生統計變異性和不準確的臨床診斷結果，來自密歇根大學 Sunitha Nagrath 教授及其研究團隊開發了一種留置在人體血管內的 aphaeretic CTC 分離系統，以便從外周靜脈直接連續收集循環腫瘤細胞。

該系統在循環腫瘤細胞富集後將剩餘的血液回輸入體內，這允許臨床醫生在長時間內獲得比經典的靜脈切開術更大的樣本血容量。該系統已經在犬模型中得到驗證，能夠在 2 小時內篩查 1%-2％的全血。研究結果顯示，與連續抽血相比，循環腫瘤細胞捕獲量顯著增加。該技術可用於分析大量循環腫瘤細胞，進而將分析結果轉化為可供臨床診斷參考的數據。

(來源：Nature Communication）

密歇根大學羅傑爾癌症中心乳腺癌研究所 Daniel F. Hayes 博士說道，「沒有人想進行活組織檢查。如果能夠從血液中獲取足夠的癌細胞，我們就可以利用它們了解腫瘤生物學並直接對患者進行早期篩查和預後預測。這就是我們設計這一穿戴式儀器的初衷」。

腫瘤組織可在一分鐘內將超過 1,000 個癌細胞釋放到血液中。目前從血液中捕獲癌細胞的方法依賴於來自患者的樣品，其每次抽取的血液樣本量不超過 10ml。即使是患有晚期癌症的患者，抽取幾次循環血也無法捕捉到癌細胞，典型的樣本中也只含有不超過 10 個癌細胞。

利用這一新開發的設備，患者在醫院的幾個小時內，該設備就可以直接從靜脈捕獲癌細胞，篩選大量的患者血液。

在動物試驗中，可穿戴設備每毫升血液中捕獲的癌細胞數量是普通抽血採集樣本的 3.5 倍。研究表明，大多數癌細胞不能在血液中存活，但這些癌細胞可能導致遠處轉移灶的產生。通常，這些稱為轉移灶的衛星腫瘤與原始腫瘤組織一樣致命。這意味著，從血液中捕獲的癌細胞可以提供比傳統活組織檢查更好的完善治療方案。

圖丨aphaeretic 循環腫瘤細胞分離系統（來源：A temporary indwelling intravascular aphaeretic system for in vivo enrichment of circulating tumor cells）

該團隊使用來自科羅拉多州弗林特動物癌症中心的實驗用犬測試了這種裝置。他們給健康的成年犬注射了人類癌細胞，這些癌細胞在幾小時內被狗的免疫系統清除，並沒有對狗的健康產生持久的影響。在注射癌細胞後的前兩個小時，給狗注射溫和的鎮靜劑並將其連接到該裝置，篩選狗身體內 1%-2％的血液。同時，狗每 20 分鐘抽血一次，用相同設計的晶元收集這些樣品中的癌細胞。

將這兩種方法檢測的結果進行對比，研究人員發現，他們設計的這套穿戴式檢測儀比傳統抽血方式的靈敏度要高得多。同時，這一設備僅有 55mm×22.5mm×70mm 這麼大，極其便於攜帶和連接至待測者的靜脈系統。

圖丨這套裝置尺寸十分小巧（來源：A temporary indwelling intravascular aphaeretic system for in vivo enrichment of circulating tumor cells）

加州理工學院的博士後學者 Tae Hyun Kim 表示，「最具挑戰性的部分是將所有組件整合到一個設備中，然後確保血液不會凝結，細胞不會堵塞晶元，整個設備還必須是完全無菌」。

他們使用了將血液與肝素（一種可以防止凝血的藥物）混合以及可殺死細菌而不會傷害晶元上細胞的靶向免疫標記物的方法。Kim 博士還在一個帶有電子元件和癌細胞捕獲晶元的 3D 列印盒中包裝了一些最小級別的醫用泵。晶元使用了 Nagrath 實驗室最新的癌細胞捕獲晶元。它使用納米材料氧化石墨烯來製造，具有集成大量癌細胞抗體的「密集陣」，使其能夠捕獲流過它的全血中 80％以上的癌細胞。