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PNAS:声波助力,“温柔”检测循环肿瘤细胞SO EASY!

癌细胞通常会摆脱最初的位置,并通过血液循环,在身体的其它地方形成新的肿瘤。检测这些癌细胞为医生提供了一种判断患者肿瘤是否转移以及监测癌细胞对治疗如何响应的新方法。但是想要检测到这些罕见的细胞非常具有挑战性。在1毫升的患者血液样本中可能只有1-10个这样的细胞。


事实上,这种罕见的细胞叫循环肿瘤细胞(circulating tumor cells, CTCs),是指自发或因诊疗操作由实体瘤或转移灶释放进入外周血循环的肿瘤细胞, 是恶性肿瘤患者出现术后复发和远处转移的重要原因,也是导致肿瘤患者死亡的重要因素。


4月6日,发表在《PNAS》杂志上的一项研究中,来自MIT的一个科学家小组开发出一种新的检测CTCs的方法,即利用声波将它们与血细胞分离,这将大大改善目前CTCs检测的现状。


这款新的细胞分选设备比他们去年发布的最初版本要快20倍,接近了检测患者血液样本所需的速度。同时,研究人员也证明了这款设备能够成功捕获CTCs,这将在临床上发挥重要的作用。


温柔的细胞分离


目前,大部分的细胞分选技术需要用化学物质进行标记或者使细胞承受强大的机械力,这些方法都可能会损伤细胞。这项新的技术利用声波分离细胞,是一种相对温和的方法。研究人员构建了一款微流控设备,它包含了两个产生声波的声学传感器。当两股声波相遇时,它们会结合形成一个驻波。驻波能够保持在一个相同的位置,产生压力节点(pressure nodes)。


因为声波是倾斜的,因此细胞会以一定的角度通过微通道。每个细胞经过通道时会遭遇许多压力节点。每经过一个节点,细胞会被进一步推向通道的另一端,但是细胞移动的距离取决于它们的大小和其它属性,比如压缩性(compressibility)。


在先前的研究中,研究人员已经能够从白细胞和红细胞中分离出癌细胞,但是样本通过设备的流量每分钟仅达1-2微升。按照这样的速度,处理完6毫升(典型的样本量)的样本需要的时间将超过50小时。这款新设备提速了20倍,处理一名患者的样本大约需要5小时。

为了实现这一点,研究人员使用细胞轨迹(cell trajectories)的电脑模型,调整了设备的一些参数,包括倾斜度等。


循环肿瘤细胞的检测


在实验室中,研究人员用含有癌细胞、白细胞的混合物组成的样本(每10万个白细胞含有1个癌细胞)检测了这款新的声学装置。结果发现,他们分离出了至少83%的癌细胞。在检测三名乳腺癌患者的血液样本时,该设备也表现良好,分别分离出了1、8和59个肿瘤细胞。其中,第一名患者对治疗响应良好,因此几乎不含循环肿瘤细胞。


他们的研究结果与一种商业化分离癌细胞的设备相似,但已经商业化的设备会损伤细胞,无法进行进一步的研究。相比之下,声学技术非常温和,不需要磁珠、抗体或其他分子标记,非常适合进一步的分析。


目前,研究人员正致力于改善设备的流速及其它性能,使得该设备更加有效,有效改善循环肿瘤细胞的检测手段。


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