我所制备出可精准捕获及无损释放循环肿瘤细胞的凝胶材料

近日，我所生物技术研究部生物分离与界面分子机制研究组（1824组）卿光焱研究员团队与大连医科大学附属第二医院王琪教授、江南大学生命科学与健康工程学院陈敬华教授合作，在基于循环肿瘤细胞（CTCs）的肝癌早期诊断方面取得新进展。合作团队通过亲和配体与靶标糖链高选择性结合，以及利用细胞印迹聚合物精确的形状与尺寸匹配度、良好的生物相容性，制备了新型细胞印迹水凝胶材料，实现了对外周血液中CTCs的精确捕获及无损释放，有望促进肝癌的早期诊断和单细胞多组学分析。

据统计，全球每年新诊断肝癌患者90.6万人，死亡83万人，其中，中国的病例分别占据45%和47%。肝癌生存率低的一个重要原因在于其筛查费用昂贵，以及肝脏痛感迟钝等，多数患者在确诊时已处于中晚期，错过最佳的治疗时期。血清标志物——甲胎蛋白（AFP）是现有的肝癌筛查、诊断、复发风险评估及治疗疗效观察的临床检测手段。然而，AFP灵敏性较弱，AFP值低的患者中存在较多的阳性病例。

外周血液中的CTCs因携带肿瘤组织的遗传和表观信息，是液体活检中公认的黄金标志物。CTCs的精准捕获对癌症的早期诊断、病情监测、药效评价和术后评估等具有非常重要的临床意义。然而，每毫升血液中仅有0至3个CTCs，检测结果容易受到血液复杂环境的干扰，此外，CTCs在捕获和处理过程中也容易受到损伤。因此，实现CTCs的精准捕获和无损释放极具挑战。

现有的CTCs捕获材料分为阴性、物理及阳性富集材料。阴性及物理富集材料存在CTCs纯度、效率和特异性低等固有问题。阳性富集材料基于抗原–抗体的生物亲和原理，针对CTCs表面靶标抗原，将它们的特异性结合抗体修饰到材料表面，实现对CTCs的特异性捕获。然而，抗体强的结合能力使得CTCs难以释放。此外，抗体成本高、稳定性差也限制了其广泛的应用。

本工作中，研究团队针对CTCs表面的唾液酸化聚糖，开发了超强的亲和配体His-His，并将其与基于PEGDMA的细胞印迹聚合物融合，制备出溶胀率低、压缩性能好、可逆性好、血液和细胞相容性好、抗污能力强、细胞印迹清晰的PP-co-AHH+水凝胶。 评估10个CTCs时，该水凝胶的捕获效率达到93%。更重要的是，捕获的CTCs可以使用胰蛋白酶溶液释放，细胞保持高的活性，这对于单细胞多组学分析至关重要。

此外，团队用该水凝胶材料在100例人样本中进行了捕获CTCs测试，测试人群的外周血液AFP值均低于20ng·mL–1，即AFP低敏感区。结果表明，CTCs计数具有区分肝癌、肝硬化和健康人的能力，准确性达到90%。团队进一步结合AFP、CTCs和自然杀伤细胞的结果，将测试的准确率提高到94%，敏感性达到90%，可满足临床检验的需求。同时，该水凝胶材料可以循环使用十次，每个样品的捕获成本仅50元，远低于3500元的医院价格。此外，还可以利用该水凝胶材料从患者的血液中获得高纯度、高活性CTCs，与下游的单细胞多组学分析衔接，助力推进肝癌的精准治疗。本工作制备的新型细胞印迹水凝胶有望成为一种实现肝癌早期诊断的工具。

相关研究以“Precise Capture and Dynamic Release of Circulating Liver Cancer Cells with Dual-histidine-based Cell Imprinted Hydrogels”为题，于近日发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。该工作的第一作者是我所1824组联合培养博士研究生孙文静。上述工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、我所创新基金等项目的资助。（文/图 孙文静）

文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.202402379