快速无创的精准医疗——循环肿瘤细胞CTC用于个性化药敏检测

发布时间:2017-05-26 15:18     文章来源:medical research     作者:Harley

       

        当今时代,威胁人类健康的主要有三大类疾病,即心脑血管疾病、癌症和糖尿病。随着科技和医疗技术的进步,癌症的研究和治疗取得了一定的进展,但是一直未被攻克。当前,治疗癌症最多的还是采用化学疗法,然而大部分化学疗法仍然是低效率甚至无效果的。化学疗法的总体效果较差,究其原因,通常是选择的治疗方法和具体患者的病症没有密切对症好。值得高兴的是,精准医疗的时代已经来临,精确诊断和治疗相结合的个体化医疗途径可能能缓解该问题。
        目前,主流的个体化医学方法是个体基因组学检测,即基于基因突变的检测为个体选择精准治疗方案。然而,基因突变和药效之间的关系并不是全然已知的。虽然,现有研究获取了大量基因与药效关系的数据,但基因突变也有着长尾效应,意味着大量稀有的、未被研究透彻的突变积累占据了不小的比例。更何况,基于基因组学的方法忽略了广泛存在的表观遗传学变化等因素,这使得基于基因组学的药敏预测常常存在很大的偏差。对于肿瘤学家而言,直接的功能诊断能弥补以上这些缺点,也是研究者们梦寐以求的方法。
       用于精准医疗的直接方法是指将肿瘤细胞组织通过培养来进行抗癌药物的直接筛选,从而选择最佳治疗方案。肿瘤的培养方法有多种,各有优劣。比如2D细胞培养,利用条件性重编程方法,使用放射后的成纤维细胞作为feeder layer,添加生长因子的培养基和ROCK抑制剂培养细胞,使细胞快速增殖,条件重编程培养的好处是迅速获得大量细胞,并保留细胞间的异质性。器官型培养与上述2D培养相比,还可保留肿瘤的3D结构和细胞异质性,但仍然不能完全模仿体内环境。病人来源移植瘤方法使用移植瘤进行药敏测试,优点在于肿瘤处于体内环境,是实体瘤状态,也有肿瘤微环境的支持;但缺陷在于一方面培养足够的荷瘤小鼠费时极长,可能动则需要6-8个月,成本也很昂贵,其次由于使用免疫缺陷的小鼠,也不尽然能模拟真正的体内环境。为了尽可能重现真实的肿瘤环境,一些研究者发明了特别的装置,用于在原位进行药敏检测,但毫无疑问,这些方法对病人而言有危险。
         为了在不影响肿瘤组织的前提下进行肿瘤培养,基于此考虑,循环肿瘤细胞(circulating tumor cell, CTCs)开始进入科学研究者的视野。循环肿瘤细胞的方法可直接从血液中分离肿瘤细胞,避免对肿瘤组织进行侵入性扰乱。CTC虽然数量少,但分离和培养都较为困难。但在2015年的一篇Science中,作者使用微流控技术CTC-iChip,高效地将CTC和普通血细胞进行分离,并且在测试一系列培养条件后发现,CTCs在低氧(4% O2)、无血清并添加EGF和FGF的培养液中成球培养,增殖能力最强。其中,非粘连培养是最关键的,因为在粘连的单层细胞培养中,CTCs会在分离数代后老化。接下来,研究者使用这些体外成功培养的细胞制成panel,测试多种药物或组合对各组细胞的杀伤效果,并发现结果与临床药效高度吻合。该文献揭示了液体活检用于直接药敏测试的可能。
随着生物科技的发展,精准医疗在技术层面正日趋成熟。毫无疑问精准医疗能提高临床治疗质量,降低医疗费用。CTCs的体外捕获培养将精准医疗的直接检测方法上升到无创,且相比PDX培养周期更短,成本更低,可预见其将会在精准医疗时代获得广泛的应用。