一種新型微流體芯片裝置，能夠捕獲并分析腫瘤特異性細(xì)胞外囊泡
由麻省綜合醫(yī)院（MGH）的研究人員開(kāi)發(fā)的一種新型微流體裝置可能實(shí)現(xiàn)腫瘤來(lái)源的細(xì)胞外囊泡（EVs）作為監(jiān)測(cè)腫瘤對(duì)治療反應(yīng)的生物標(biāo)記物，這種通過(guò)血液傳遞分子的微小脂質(zhì)顆粒能夠提供詳細(xì)的信息來(lái)指導(dǎo)治療選擇。在今年1月發(fā)表于Nature Communications雜志的文章中，來(lái)自MGH醫(yī)學(xué)工程中心（MGH-CEM）的團(tuán)隊(duì)描述了從患有危險(xiǎn)性腦腫瘤——多形性成膠質(zhì)細(xì)胞瘤（GBM）的患者的血清或血漿樣品中捕獲EV的詳細(xì)過(guò)程、以及腫瘤特異性的遺傳和分子信息。
文章的通訊作者，MGH癌癥中心和MGH-CEM的BioMEMS資源中心的Shannon Stott博士說(shuō)：“膠質(zhì)母細(xì)胞瘤是一種極其致命的疾病，治療的選擇很少。由于腫瘤的位置特殊，獲得動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)分子信息一直有很大難度，這限制了我們確定腫瘤進(jìn)展的能力，限制了患者去接受最新療法。我們的設(shè)備能夠從在血液傳送的數(shù)十億細(xì)胞外囊泡中挑選出腫瘤特異的細(xì)胞外囊泡，這可能會(huì)為這種和其他難以治療的癌癥類型帶來(lái)急需的新診斷和監(jiān)測(cè)工具。”
示意圖顯示了EV-HB-Chip的抗體包被的芯片表面如何從患者血清或血漿中捕獲紅色和綠色標(biāo)記的腫瘤特異性細(xì)胞外囊泡。
在之前的研究中，分離細(xì)胞外囊泡的技術(shù)有限，將腫瘤的細(xì)胞外囊泡與其他非腫瘤細(xì)胞分泌的囊泡進(jìn)行區(qū)分的難度很大。使用腫瘤特異性抗體的方法，耗時(shí)且麻煩，并且無(wú)法從樣品中捕獲足夠數(shù)量的腫瘤特異性細(xì)胞外囊泡。設(shè)計(jì)用于捕獲腫瘤細(xì)胞和分子的其他液體活檢技術(shù) ，例如由MGH團(tuán)隊(duì)成員開(kāi)發(fā)的幾種循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTC）的分離裝置，在整個(gè)治療過(guò)程中監(jiān)測(cè)腦腫瘤的能力也有限。由于這些潛在的生物標(biāo)志物可能不一致能穿過(guò)血腦屏障，因此在血檢時(shí)它們的作用是有限的。
Stott博士的團(tuán)隊(duì)將她開(kāi)發(fā)的用于CTC檢測(cè)的HB芯片的功能與特定細(xì)胞外囊泡捕捉的功能相結(jié)合。將芯片的表面利用細(xì)胞外囊泡的物理特性進(jìn)行了優(yōu)化，芯片比電池小了幾千倍，并且含有在GBM細(xì)胞高度表達(dá)的蛋白質(zhì)的抗體“雞尾酒”。該團(tuán)隊(duì)還確定了一些其他因素，這些因素增加了從樣本中捕獲的腫瘤特定細(xì)胞外囊泡的數(shù)量，并開(kāi)發(fā)了從該設(shè)備中釋放細(xì)胞外囊泡的方法，同時(shí)保留其內(nèi)容以供詳細(xì)分析。采用這種方法，他們的裝置可以在1微升血漿液滴中分離出少至100個(gè)納米級(jí)大小的囊泡。
使用這種被稱為EV-HB芯片的新設(shè)備，研究人員分析了來(lái)自13名GBM患者和6名來(lái)自健康志愿者對(duì)照的血清或血漿樣品。EV-HB-Chip從所有13位患者中分離出腫瘤特異性EV，并在6位測(cè)試該突變的患者中的5位中鑒定出了EGFRvIII突變。被捕獲的EV中還鑒定出GBM的四種特征亞型中存在的基因，并揭示了超過(guò)50種癌癥相關(guān)基因的上調(diào)，有些基因在GBM EVs中以前未報(bào)道過(guò)。
細(xì)胞外囊泡（紅色）從患者腫瘤細(xì)胞中釋放并被捕獲在EV-HB芯片表面。
作為哈佛醫(yī)學(xué)院助理教授，Stott指出，EV-HB-Chip具有極高的特異性和敏感性，可以使用相對(duì)較小的血液樣本中捕獲EV，這在其他血液活檢方法是不可能的，對(duì)兒科患者尤其有益。該裝置的靈活性應(yīng)該使其可用于許多類型的癌癥，并且由于所有細(xì)胞釋放EV進(jìn)入循環(huán)，其他疾病包括傳染病、自身免疫疾病、心臟病和神經(jīng)退行性疾病等都可以應(yīng)用。我們同時(shí)研究由EVs、CTCs和循環(huán)DNA提供的生物標(biāo)志物，有助于確定哪些信息對(duì)于特定患者和治療階段最具信息性。
Stott指出，EV-HB芯片的設(shè)計(jì)是一種低成本、易于使用的設(shè)備，希望能夠迅速轉(zhuǎn)入臨床使用?！拔覀儗?duì)這個(gè)早期階段的數(shù)據(jù)感到興奮，我們期待著擴(kuò)大技術(shù)規(guī)模并增加分析的患者樣本數(shù)量。具體而言，我們有興趣探索這些囊泡如何隨著治療時(shí)間而改變，并且我們將我們的血液檢測(cè)看作是探索腦腫瘤患者的理想方式。”Stott說(shuō)。
參考文獻(xiàn)：Reátegui E et al. (2018) Engineered nanointerfaces for microfluidic isolation and molecular profiling of tumor-specific extracellular vesicles. Nat Commun 9(1):175.
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