PNAS：让癌细胞无处遁形

　　在患者血液中循环的肿瘤细胞可以提供大量的信息揭示肿瘤细胞对于治疗的反应以及哪些药物有可能更有效对抗疾病。但首先，研究人员要做的是捕获这些稀少的细胞，将其从血液样本许多其他细胞中分离出来。

　　现在许多的科学家都在致力于研究能够分离出循环肿瘤细胞(CTCs)的微流体设备，但大多数都存在两个主要的局限：处理足量血液所需的时间过长，以及缺乏好的方法在捕获后将癌细胞提取出来进行分析。

　　近日来自麻省理工学院(MIT)和布莱根妇女医院(Brigham and Women"s Hospital)的研究人员开发了一种新设备，克服了这些障碍。从水母触须获得灵感，研究小组用长链DNA包被了一条微流体通道，当白血病细胞流经时 DNA可以抓住细胞表面的特异蛋白。采用这一策略，研究人员获得了比现有设备高10倍的流动率，完全适合于临床使用。

　　利用这一技术，医生可以监控癌症患者判定治疗是否正在起效。相关研究描述在本周的《美国科学院院刊》(PNAS)杂志上。

　　哈佛大学医学院医学副教授、布莱根妇女医院再生治疗中心联合主任Jeff Karp说：“如果你有一种快速的检测能够告诉你随着时间的推移这些细胞是在增加还是减少，这将有助于监控治疗的进程以及疾病的进展。”

　　这类设备还有可能实现个体化治疗：一旦从患者处分离出细胞，医生就可以用不同的药物对其进行测试确定哪些药物最有效。

　　DNA“触须”

　　特定患者一毫升血液中的CTCs数量可有几个到几千个不等。为了分离这些稀有细胞，研究人员曾试图构建一些微流体通道，上面满布对应靶细胞上一种蛋白的特异性抗体。然而，由于抗体只能从通道底部延伸数十纳米，通过抗体捕获细胞是相当费时间的。

　　为了扩展捕获分子的延伸范围，Karp与麻省理工学院机械工程学副教授Rohit Karnik研究小组模仿水母的触须，构建出了长链重复DNA序列。这些称作适配体(Aptamer)的序列靶向了一种大量存在于白血病细胞上的蛋白。

　　将DNA链附着到微流体上，底部铺有人字图形。这些形成图案的隆起物在血液流过通道时造成漩涡，通过这样改良通道使得进入的单个细胞接触到触须，触须在通道内延伸数百微米。研究人员从而提高了血流速率。

　　Karnik说：“通常在高流速时，细胞并没有真正接近表面，捕获这些靶细胞非常的具有挑战性。然而将这些人字形槽沟组合到一起混合溶液，使得细胞接触到了表面，加上适配体伸入到溶液中，使能够以非常高的流速获得非常高的捕获率。”

　　相比于从前报道的设备，新设备的流速要高10倍，系统能够捕获60-80%的靶细胞。当前的模型可测量1平方厘米，流速达每小时1毫升。通过增大设备，研究人员说他们能够将流速提高到每小时100毫升血液，可快速处理10-20毫升的样本，这是从患者处获得精确CTC所需的样本量。

　　由于“触须”是由DNA构成，用酶可轻易地裂解它们，释放捕获细胞开展进一步分析。

　　微创

　　这一捕获CTCs的设备也为抽样骨髓提供了一个更好的选择，从而确定癌症治疗是否在白血病患者中起作用。

　　“如果能够提高血液中的检测灵敏度，这种方法或许能够将分离骨髓转变为分离血液，其创伤性更小，你可以更频繁地操作。这有可能改变检测残留病的范式，” Karp说。

　　论文的主要作者、Karp实验室前博士后、加州大学欧文分校助理教授Weian Zhao说：“该技术的优点在于它的通用性。你可以很容易地修改DNA链的长度和密度;你可以将不同的序列纳入DNA中从而捕获不同的细胞类型。”

　　这一特点使得这一平台技术能够广泛用于临床和研究实验室。例如，另一种可能的应用就是捕获胎儿细胞，其在孕妇血液中非常稀有。分析这些细胞能够帮助医生对一系列疾病进行产前诊断测试，且所采用的方法相比羊膜穿刺术创伤性小得多。

　　现在研究人员正致力于改变DNA链来靶向其他的分子，例如实体瘤脱落细胞表面的受体。