PNAS：讓癌細(xì)胞無處遁形
日期：2012-11-13 08:14:45
在患者血液中循環(huán)的腫瘤細(xì)胞可以提供大量的信息揭示腫瘤細(xì)胞對(duì)于治療的反應(yīng)以及哪些藥物有可能更有效對(duì)抗疾病。但首先，研究人員要做的是捕獲這些稀少的細(xì)胞，將其從血液樣本許多其他細(xì)胞中分離出來。
現(xiàn)在許多的科學(xué)家都在致力于研究能夠分離出循環(huán)腫瘤細(xì)胞(CTCs)的微流體設(shè)備，但大多數(shù)都存在兩個(gè)主要的局限：處理足量血液所需的時(shí)間過長(zhǎng)，以及缺乏好的方法在捕獲后將癌細(xì)胞提取出來進(jìn)行分析。
近日來自麻省理工學(xué)院（MIT）和布萊根婦女醫(yī)院（Brigham and Womens Hospital）的研究人員開發(fā)了一種新設(shè)備，克服了這些障礙。從水母觸須獲得靈感，研究小組用長(zhǎng)鏈DNA包被了一條微流體通道，當(dāng)白血病細(xì)胞流經(jīng)時(shí)DNA可以抓住細(xì)胞表面的特異蛋白。采用這一策略，研究人員獲得了比現(xiàn)有設(shè)備高10倍的流動(dòng)率，完全適合于臨床使用。
利用這一技術(shù)，醫(yī)生可以監(jiān)控癌癥患者判定治療是否正在起效。相關(guān)研究描述在本周的《美國(guó)科學(xué)院院刊》（PNAS）雜志上。
哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)副教授、布萊根婦女醫(yī)院再生治療中心聯(lián)合主任Jeff Karp說：“如果你有一種快速的檢測(cè)能夠告訴你隨著時(shí)間的推移這些細(xì)胞是在增加還是減少，這將有助于監(jiān)控治療的進(jìn)程以及疾病的進(jìn)展。”
這類設(shè)備還有可能實(shí)現(xiàn)個(gè)體化治療：一旦從患者處分離出細(xì)胞，醫(yī)生就可以用不同的藥物對(duì)其進(jìn)行測(cè)試確定哪些藥物最有效。
DNA“觸須”
特定患者一毫升血液中的CTCs數(shù)量可有幾個(gè)到幾千個(gè)不等。為了分離這些稀有細(xì)胞，研究人員曾試圖構(gòu)建一些微流體通道，上面滿布對(duì)應(yīng)靶細(xì)胞上一種蛋白的特異性抗體。然而，由于抗體只能從通道底部延伸數(shù)十納米，通過抗體捕獲細(xì)胞是相當(dāng)費(fèi)時(shí)間的。
為了擴(kuò)展捕獲分子的延伸范圍，Karp與麻省理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)副教授Rohit Karnik研究小組模仿水母的觸須，構(gòu)建出了長(zhǎng)鏈重復(fù)DNA序列。這些稱作適配體（Aptamer）的序列靶向了一種大量存在于白血病細(xì)胞上的蛋白。
將DNA鏈附著到微流體上，底部鋪有人字圖形。這些形成圖案的隆起物在血液流過通道時(shí)造成漩渦，通過這樣改良通道使得進(jìn)入的單個(gè)細(xì)胞接觸到觸須，觸須在通道內(nèi)延伸數(shù)百微米。研究人員從而提高了血流速率。
Karnik說：“通常在高流速時(shí)，細(xì)胞并沒有真正接近表面，捕獲這些靶細(xì)胞非常的具有挑戰(zhàn)性。然而將這些人字形槽溝組合到一起混合溶液，使得細(xì)胞接觸到了表面，加上適配體伸入到溶液中，使能夠以非常高的流速獲得非常高的捕獲率?！?/SPAN>
相比于從前報(bào)道的設(shè)備，新設(shè)備的流速要高10倍，系統(tǒng)能夠捕獲60-80%的靶細(xì)胞。當(dāng)前的模型可測(cè)量1平方厘米，流速達(dá)每小時(shí)1毫升。通過增大設(shè)備，研究人員說他們能夠?qū)⒘魉偬岣叩矫啃r(shí)100毫升血液，可快速處理10-20毫升的樣本，這是從患者處獲得精確CTC所需的樣本量。
由于“觸須”是由DNA構(gòu)成，用酶可輕易地裂解它們，釋放捕獲細(xì)胞開展進(jìn)一步分析。
微創(chuàng)
這一捕獲CTCs的設(shè)備也為抽樣骨髓提供了一個(gè)更好的選擇，從而確定癌癥治療是否在白血病患者中起作用。
“如果能夠提高血液中的檢測(cè)靈敏度，這種方法或許能夠?qū)⒎蛛x骨髓轉(zhuǎn)變?yōu)榉蛛x血液，其創(chuàng)傷性更小，你可以更頻繁地操作。這有可能改變檢測(cè)殘留病的范式，” Karp說。
論文的主要作者、Karp實(shí)驗(yàn)室前博士后、加州大學(xué)歐文分校助理教授Weian Zhao說：“該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于它的通用性。你可以很容易地修改DNA鏈的長(zhǎng)度和密度；你可以將不同的序列納入DNA中從而捕獲不同的細(xì)胞類型?！?/SPAN>
這一特點(diǎn)使得這一平臺(tái)技術(shù)能夠廣泛用于臨床和研究實(shí)驗(yàn)室。例如，另一種可能的應(yīng)用就是捕獲胎兒細(xì)胞，其在孕婦血液中非常稀有。分析這些細(xì)胞能夠幫助醫(yī)生對(duì)一系列疾病進(jìn)行產(chǎn)前診斷測(cè)試，且所采用的方法相比羊膜穿刺術(shù)創(chuàng)傷性小得多。
現(xiàn)在研究人員正致力于改變DNA鏈來靶向其他的分子，例如實(shí)體瘤脫落細(xì)胞表面的受體。
