循环肿瘤细胞检测地现状及发展Word文档下载推荐.docx

1、直到1869年，托马斯阿什沃思Thomas Ashworth2在1例转移性癌症患者血液中观察到了外周血循环肿瘤细胞Circulating Tumor Cells，CTCs从实体瘤中脱离出来并进入血液循环的肿瘤细胞。他推测，这些细胞在癌症转移过程中发挥了非常重要的作用，并可能提供疾病进展的相关信息，CTCs的概念初步形成。据统计，90%以上的肿瘤病人死于肿瘤的转移和复发，实体肿瘤或转移灶的肿瘤细胞在特定条件下，通过上皮-间质转化epithelial-mesenchymal transition，EMT，从形态上发生向间充质细胞表型的转变并获得迁移的能力。间充质细胞与上皮细胞相邻，只是其结构松散，

2、缺乏细胞连接cell adhesion和细胞极性，并且具有转移和侵袭能力。因此，脱落的CTCs得以进入外周血液循环，这是肿瘤发生转移的必要前提。脱离原发灶入血的CTCs至少面临着血流剪应力、失巢凋亡、免疫细胞识别杀伤等三重致命考验，进入循环的大局部肿瘤细胞都会失去活性，只有不足0.01%可到达远端器官，通过迁移、粘附、相互聚集形成微小癌栓，并在适合的微环境条件下，CTCs又发生间质-上皮转化mesenchymal-epithelial transition，MET，生成新的肿瘤，从而导至肿瘤转移的发生。从提出CTCs概念近一个多世纪的时间里，由于初期实验条件、技术的限制以与学者对CTCs的认识

3、的局限性，CTCs检测与临床应用进展不大。直至上世纪末尤其是本世纪初，随着分子生物学、计算机技术的开展，免疫标记技术以与分子生物学技术的突飞猛进，CTCs别离与分析鉴定技术得以迅速开展，CTCs检测和临床应用取得了重大进步，为早期发现肿瘤的复发转移、评估手术、放疗、化学等疗效、判断预后、确定肿瘤分子特征、选择适宜的个体化治疗等方面提供了重要的实验室依据。目前，学者所共识的循环肿瘤细胞的概念是：自发或受外界因素作用如诊疗操作等由原发灶或转移灶进入外周血循环的肿瘤细胞。肿瘤细胞的脱落、侵袭并进入血液循环是肿瘤转移的最初阶段，并为最终形成肿瘤转移灶提供了可能。进入循环系统的肿瘤细胞大局部在机体免疫识

4、别与杀伤等作用下发生凋亡，有极少数肿瘤细胞在循环系统中存活下来，在一定条件下，进入血液循环而未被去除的肿瘤细胞通过迁移、黏附、相互聚集形成微小癌栓，并在一定条件下开展为转移灶3。本文拟就CTCs别离技术、分析鉴定技术、临床应用、CTCs主要分析仪器作一介绍。1 循环肿瘤细胞别离富集技术越来越多的分子生物学和临床研究结果明确，肿瘤转移很可能在肿瘤发生的早期就已经出现，在外周血中检到CTCs是预示肿瘤转移最直接、重要的方法，在肿瘤早期转移的临床诊断、预后判断、监测疗效等方面具有重要意义。CTCs的发现有望改变临床上仍依赖于影像学检查与传统肿瘤标志物的现状。由于外周血中的CTCs含量极为稀少，一般认

5、为在外周血中大约105107个单核细胞中才有一个CTCs4，因此，对CTCs检测技术的灵敏度和特异性提出了极高的要求。目前各种CTCs的检测系统主要包括CTCs别离和富集系统以与CTCs的检测和鉴定系统。而别离和富集系统对检测外周血的CTCs是非常必要的。理想的CTCs别离与富集与检测技术应能达到以下六点要求：1高捕获率或高灵敏度，就是可以将样品中的CTCs尽可能多的别离出来，即至少能够在上亿个血循环细胞中发现一个肿瘤细胞；2高特异性，要求检测结果准确无误，尽可能降低假阳性或假阴性，目标是别离出来的细胞只有CTCs，其它细胞的含量很少或没有；3要求CTCs不能被污染，收集到的CTCs可以进展表

6、型和基因型分析；4高通量，即能在短时间内处理大量样品；5重复性，回收率高。6尽可能降低本钱5、6。目前用于临床实验研究的CTCs别离和富集技术非常之多，一般来讲根据其物理性质和基于亲和性与识别的生物性质以与两者综合利用可分成3类。但目前来说仍没有理想的方法，每种单独的方法都有自己的优势和缺点。虽然两种或三种方法的结合有可能成为较为理想的方法，但近十几年的研究进展不大。1.1 密度梯度离心法Density Gradient Centrifugation，DGC密度梯度离心的原理是基于血液中各种正常细胞与CTCs密度的差异，利用其在密度梯度介质如Ficoll-Paque介质、OnceQuick系统

7、中的沉降系数不同，将细胞悬液或匀浆置于介质的顶部，通过重力或离心力的作用，用别离液将CTCs与其它细胞层别离。离心后在细胞别离液中各种细胞呈现梯度分布，依次为：血浆成分、单个核细胞淋巴细胞、单核细胞、肿瘤细胞等、别离液、中性粒细胞和最下层的红细胞，从而获取目标细胞。有报道用OnceQuick系统别离肿瘤细胞得到了632倍的富集效果，标明该系统对CTCs的平均回收率高、富集效果好，而采用Ficoll-Paque介质只有3.8倍。DGC方法操作简便、本钱低，但该别离方法一般要求血量较大，且灵敏度和特异性均较低，且在操作过程中可能会损失CTCs。1.2 细胞过滤技术Isolation by Size

8、 of Epithelial Tumor Cells，ISETISET方法的原理是基于细胞大小不同和机械性能的差异。一般认为，肿瘤细胞的直径为1530m，大于绝大多数血细胞的直径如红细胞59m，根据细胞大小所设计的滤过膜滤过血液样本后将直径大的肿瘤细胞别离出来。但由于目前还没有报道证实所有肿瘤细胞直径都大于8m，使其别离敏感性受到质疑。该方法对技术、设备要求不高，但会丢失一小局部直径小于滤膜孔径的CTCs，导至检测灵敏性降低。1.3 细胞粘附技术Cell adhesion techniques，CAT细胞粘附别离技术是CTCs捕获的一项根本技术，利用的是亲和反响原理，即利用CTCs与生物生化修

9、饰或物理修饰捕获外表的亲和作用，含有CTCs的样本经过捕获外表时，CTCs如此被吸附在捕获外表，随后冲洗掉未被粘附的非目的细胞，从而得到CTCs。此后开展起的多种纳米与微流控技术都采用了这一根本技术。1.4 免疫磁珠别离技术Immunomagnetic separation，IMS与普通血细胞相比，CTCs具有某些特殊的生物标志物，包括CTCs外表的上皮细胞粘附分子Epithelial cell adhesion molecule，EpCAM、细胞角蛋白Cytokeratin，CK以与肿瘤特异性抗原，而血液中几乎所有的细胞都是反磁性或弱磁性的，利用肿瘤细胞外表抗原能与连接有磁珠的特异性单克隆抗

10、体相结合，继而在外加磁场中通过相应抗原抗体复合物与磁珠吸附而滞留在磁场中或定向移动到指定区域，没有外表抗原的其它细胞由于不能与连接磁珠的特异性单克隆抗体结合而不能在磁场中停留，从而使肿瘤细胞得以从血液中别离出来7。该方法的敏感性一定程度上受到CTCs外表抗原表达的制约。例如：采用EpCAM抗体捕获CTCs，由于EpCAM在CTCs的表达率一般为60-70%，往往会丢失局部CTCs；单一的CK抗体也不能完全识别癌细胞表达的所有CKs；在CTCs上皮间质化过程中，一些基于标准化上皮标志物的筛选抗体无法检测出所有CTCs等等。这一切都受到目标抗原的表达量与特异性以与与相应抗体的结合能力影响。1.5

11、纳米基质别离技术Nanoimprint matrix isolation technology纳米技术在纳米尺度对检测物质进展检测和操作，是一门融合化学、生物学、物理学和药学的交叉学科。通过在基底外表制备纳米结构设计细胞界面，并修饰相应的特异性识别分子，可以将血液中的CTCs捕获并别离出来。陆宁宁等8综述了据此思路研发的技术设备有：1纳米柱、纳米线与纳米纤维：在CTCs捕获装置中，纳米柱、纳米线与纳米纤维基质均可通过多种方式获得。如利用湿法刻蚀或化学气相沉积法可制备纳米柱或纳米线基质；2纳米粗糙外表：由于CTCs的黏附性较血液中其它细胞强，所以粗糙界面的构建为CTCs高效别离提供了另外一种选择

12、；3碳纳米材料：以碳纳米管、石墨烯为代表的碳纳米材料因具有高比外表积、优良的导电性能和良好的生物相容性等特点，成为了生物传感器、储能材料、药物载体以与高分子等领域中的常用材料；4仿生材料：自然粒子如哺乳动物细胞和花粉，因具有独特的拓扑结构而呈现众多优良性能。以这些复杂结构的自然粒子为模板，可制备具有相应结构的仿生材料。相对于传统的CTCs别离法的分类效率与特异性有了极大的提高，并且制备简单，不需要复杂昂贵的微加工设备。1.6 微流控芯片技术Microfluidic chip technology微流控芯片技术Microfluidics是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反响、别离、检测等根

13、本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上， 自动完成分析全过程。微流控技术可在微米结构中操控纳升至皮升体积液流，是近年来迅速崛起的集生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。基于微流控芯片的CTCs别离技术通过在芯片通道内部修饰可识别的细胞外表抗原的抗体或核酸适配体，当通入含CTCs的样本时，CTCs与通道外表捕获试剂结合，实现特异性别离。该方法所需样品量小，无需对血液样品进展前处理，且流动的流体环境有利于去除非特异性吸附的其它细胞，从而提高别离纯度。Dharmasiri等9采用包被了EpCAM抗体和抗-PSMA核酸适配体的芯片从血液样本中别离了不同的CTCs，其捕获率大于

14、90%，纯度达到100%，如将芯片通道中的平的捕获外表用抗体修饰的纳米结构外表替代，CTCs捕获率甚至可以提高到95%。微流控芯片是一个集样品制备、反响、别离、检测等功能于一体的小型分析实验平台。最早用于制作微流控芯片的材料主要是石英、玻璃与单晶硅片，随着技术的进步，一系列有机聚合物如聚二甲基硅氧烷Polydimethylsiloxane，PDMS、聚甲基丙烯酸甲酯PolymethylMethacrylate，PMMA、聚碳酸酯Polycarbonate，PC等材料已开展成为芯片制作的常用材料。目前根据微流控技术使用的原材料可分为基于硅材料的微流控芯片、基于PDMS/玻璃的微流控芯片、基于热聚

15、膜的微流控技术如PMMA、基于微流控芯片平台的磁别离技术、基于微流控芯片平台的微纳米基质别离技术等7。除微流控芯片技术外，微流控技术Microfluidics还在其它循环肿瘤细胞分选富集方法中，取得了迅速开展。在微流控器件中从血液样品注入到循环肿瘤细胞分选可以实现连续的过程，极大地简化了操作程序，并可减少目标细胞的损失。黄笛等根据作用方式将微流控分选富集技术分为被动分选和主动分选两大类：被动分选技术包括微结构过滤、场流与水力分选、确定性侧向偏移、惯性分选、仿生分选、亲和性分选等方法，一般具有通量高、不需要额外施加作用立场的优点；主动分选技术包括介电泳分选、磁分选、声分选、光分选等方法，一般具有分选精度高的优点10。2 循环肿瘤细胞检测技术经过上述方法分