近日，美國哈佛大學醫學院教學附屬麻省總醫院的研究人員發現，一種罕見循環腫瘤細胞（CTCs）群明顯比單個CTCs更有可能引起癌症轉移。麻省總醫院的研究團隊據此研發出一種用於捕捉兩個或兩個以上CTCs組成的細胞群的最新微流體裝置，名為Cluster-Chip。該項研究發表在《自然-方法》上。
讓患者血樣流過Cluster-Chip上的4000多個並行捕捉通道便可捕捉到患者血樣中的循環腫瘤細胞群
“癌症轉移的早期理論基礎是腫瘤細胞群在血液中游動，但是相比單個CTC，CTC群在血液中更加罕見，所以研究人員幾十年來一直極少關注CTC群，”麻省總醫院醫學工程中心的生物微機電系統資源中心主任、《自然-方法》論文的資深作者Mehmet Toner博士解釋說，“能分離出完好無損的CTC群可以讓我們仔細研究CTC群在癌症轉移過程中的作用，癌症轉移的確是癌症研究'追求的目標'。”
CTC是在血液中含量極少的活的實體腫瘤細胞——10億個細胞中大約有1個CTC。麻省總醫院研究人員從2007年開始先後研發了三代捕捉CTC的微芯片裝置，以保存能幫助指導臨床治療的分子信息。第一、第二代微芯片裝置使用了針對腫瘤細胞表面上特定蛋白質的抗體，而有些腫瘤細胞在轉移過程中可能已經失去了那些標記蛋白，所以抗體的使用反而限制了微芯片裝置對CTC的捕捉能力。2013年研發的第三代微芯片裝置採用不依賴抗原的方法去分離CTC，最新的Cluster-Chip裝置也是如此。
“癌症是一種異質性很強的疾病，你甚至可以在同一個腫瘤中找到具有不同表面抗原的細胞，”《自然-方法》論文的聯合第一作者Fatih Sarioglu博士說，“由於我們是根據CTC群的物理性質捕捉CTC群，所以Cluster-Chip裝置直接適用於所有類型的癌症。”Sarioglu博士現任職於佐治亞理工學院，他曾是MGH生物微機電系統資源中心的博士後研究員。
Cluster-Chip裝置捕捉到一個由三個細胞組成的循環腫瘤細胞群，循環腫瘤細胞群在三角形微柱兩邊血液流動的平衡作用下保持固定不動
Sarioglu博士解釋道，Cluster-Chip裝置的設計原理以細胞群的物理性質為基礎。Cluster-Chip裝置是一個3×1.5英寸的塑料芯片，上面排列著許多排三角形微柱：在每兩根柱子之間流動的細胞群會被困在第三根中心柱子的頂端，同時，兩邊血液流動的平衡作用會使細胞群一直處於這個位置。血樣中的單個CTCs和血細胞會順利通過這些三角形微柱，而不會被捕捉到。另外，讓血樣以緩慢的速度流過Cluster-Chip裝置可最大程度地減少細胞群受損、變形或逃脫的可能性。
麻省總醫院研究人員用已添加人工製造的腫瘤細胞群血樣對Cluster-Chip裝置進行了初始檢測，該檢測幫助確定了在最短時間內捕捉到最多腫瘤細胞群的最佳流速。然後，研究人員對比了這一新裝置和第二代CTC捕捉裝置HBCTC-Chip；HBCTC-Chip依賴於已知的細胞表面標記，是最早用來分離CTC群的裝置。事實證明，Cluster-Chip比HBCTC-Chip更善於找到具有目標標記表達的細胞群（能力高出40%至50%），也更善於捕捉無目標抗原的細胞（能力高出100%）。雖然最初通過簡單地逆轉血流讓Cluster-Chip裝置釋放被捕CTC群的嘗試成果有限，但是研究者發現，將該裝置自身的溫度降低至4°C（39°F）不僅釋放了80%的CTC群，還通過減少捕捉白細胞提高了被捕細胞群的純度。
研究人員用Cluster-Clip裝置檢測了60名患有乳腺癌或黑色素瘤或前列腺癌的患者的血樣，成功捕捉到了30%到40%血樣中的CTC群。分析被捕捉到的CTC群表明，組成CTC群的細胞具有顯著的分子差異——有些細胞增殖活躍，而其他細胞則處於相對不活動狀態，且往往由免疫細胞陪伴，隨著大家越來越關注基於免疫系統的癌症療法，這一發現可能具有重要啟示。
在Cluster-Chip裝置上，三角形微柱的多種作用可捕捉到血樣中的循環腫瘤細胞群
“對患者血樣的檢測還表明血液中的CTC群比以前認為的多得多，”Toner博士說，“我們正在尋找方法去進一步改善對被捕CTC群的釋放。但是我們才剛剛開始去認識和了解CTC群的功能和作用方式。我們最終會研發出靶向CTC群的治療方法以及將CTC群用作診斷信息來源的方法。”Toner博士是哈佛大學醫學院的Benedict外科學教授，Sarioglu博士是佐治亞理工學院電氣和計算機工程學院的助理教授。
“這種新的分離裝置將對分離CTC群格外有用，CTC群似乎是血液中最惡性、最具轉移傾向的癌細胞群體，”麻省總醫院癌症中心主任、《自然-方法》論文的合著者Daniel Haber博士說，“讓我特別興奮的是該裝置的發明過程——始於對這些CTC群的重要性的臨床觀察及生物學發現，然後設計出一個捕捉這些細胞的特定微流體裝置，進而能夠對這些細胞進行更詳細的研究。”
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