麻省总医院：捕捉引起癌症转移的肿瘤细胞群
2015-06-24 19:54:10   来源：微迷   评论：0   点击：

近日，美国哈佛大学医学院教学附属麻省总医院的研究人员发现，一种罕见循环肿瘤细胞（CTCs）群明显比单个CTCs更有可能引起癌症转移。麻省总医院的研究团队据此研发出一种用于捕捉两个或两个以上CTCs组成的细胞群的最新微流体装置，名为Cluster-Chip。该项研究发表在《自然-方法》上。

让患者血样流过Cluster-Chip上的4000多个并行捕捉通道便可捕捉到患者血样中的循环肿瘤细胞群

“癌症转移的早期理论基础是肿瘤细胞群在血液中游动，但是相比单个CTC，CTC群在血液中更加罕见，所以研究人员几十年来一直极少关注CTC群，”麻省总医院医学工程中心的生物微机电系统资源中心主任、《自然-方法》论文的资深作者Mehmet Toner博士解释说，“能分离出完好无损的CTC群可以让我们仔细研究CTC群在癌症转移过程中的作用，癌症转移的确是癌症研究‘追求的目标’。”

CTC是在血液中含量极少的活的实体肿瘤细胞——10亿个细胞中大约有1个CTC。麻省总医院研究人员从2007年开始先后研发了三代捕捉CTC的微芯片装置，以保存能帮助指导临床治疗的分子信息。第一、第二代微芯片装置使用了针对肿瘤细胞表面上特定蛋白质的抗体，而有些肿瘤细胞在转移过程中可能已经失去了那些标记蛋白，所以抗体的使用反而限制了微芯片装置对CTC的捕捉能力。2013年研发的第三代微芯片装置采用不依赖抗原的方法去分离CTC，最新的Cluster-Chip装置也是如此。

“癌症是一种异质性很强的疾病，你甚至可以在同一个肿瘤中找到具有不同表面抗原的细胞，”《自然-方法》论文的联合第一作者Fatih Sarioglu博士说，“由于我们是根据CTC群的物理性质捕捉CTC群，所以Cluster-Chip装置直接适用于所有类型的癌症。”Sarioglu博士现任职于佐治亚理工学院，他曾是MGH生物微机电系统资源中心的博士后研究员。

Cluster-Chip装置捕捉到一个由三个细胞组成的循环肿瘤细胞群，循环肿瘤细胞群在三角形微柱两边血液流动的平衡作用下保持固定不动

Sarioglu博士解释道，Cluster-Chip装置的设计原理以细胞群的物理性质为基础。Cluster-Chip装置是一个3×1.5英寸的塑料芯片，上面排列着许多排三角形微柱：在每两根柱子之间流动的细胞群会被困在第三根中心柱子的顶端，同时，两边血液流动的平衡作用会使细胞群一直处于这个位置。血样中的单个CTCs和血细胞会顺利通过这些三角形微柱，而不会被捕捉到。另外，让血样以缓慢的速度流过Cluster-Chip装置可最大程度地减少细胞群受损、变形或逃脱的可能性。

麻省总医院研究人员用已添加人工制造的肿瘤细胞群血样对Cluster-Chip装置进行了初始检测，该检测帮助确定了在最短时间内捕捉到最多肿瘤细胞群的最佳流速。然后，研究人员对比了这一新装置和第二代CTC捕捉装置HBCTC-Chip；HBCTC-Chip依赖于已知的细胞表面标记，是最早用来分离CTC群的装置。事实证明，Cluster-Chip比HBCTC-Chip更善于找到具有目标标记表达的细胞群（能力高出40%至50%），也更善于捕捉无目标抗原的细胞（能力高出100%）。虽然最初通过简单地逆转血流让Cluster-Chip装置释放被捕CTC群的尝试成果有限，但是研究者发现，将该装置自身的温度降低至4°C（39°F）不仅释放了80%的CTC群，还通过减少捕捉白细胞提高了被捕细胞群的纯度。

研究人员用Cluster-Clip装置检测了60名患有乳腺癌或黑色素瘤或前列腺癌的患者的血样，成功捕捉到了30%到40%血样中的CTC群。分析被捕捉到的CTC群表明，组成CTC群的细胞具有显著的分子差异——有些细胞增殖活跃，而其他细胞则处于相对不活动状态，且往往由免疫细胞陪伴，随着大家越来越关注基于免疫系统的癌症疗法，这一发现可能具有重要启示。

在Cluster-Chip装置上，三角形微柱的多种作用可捕捉到血样中的循环肿瘤细胞群

“对患者血样的检测还表明血液中的CTC群比以前认为的多得多，”Toner博士说，“我们正在寻找方法去进一步改善对被捕CTC群的释放。但是我们才刚刚开始去认识和了解CTC群的功能和作用方式。我们最终会研发出靶向CTC群的治疗方法以及将CTC群用作诊断信息来源的方法。”Toner博士是哈佛大学医学院的Benedict外科学教授，Sarioglu博士是佐治亚理工学院电气和计算机工程学院的助理教授。

“这种新的分离装置将对分离CTC群格外有用，CTC群似乎是血液中最恶性、最具转移倾向的癌细胞群体，”麻省总医院癌症中心主任、《自然-方法》论文的合著者Daniel Haber博士说，“让我特别兴奋的是该装置的发明过程——始于对这些CTC群的重要性的临床观察及生物学发现，然后设计出一个捕捉这些细胞的特定微流体装置，进而能够对这些细胞进行更详细的研究。”