液基细胞检测

在液体活检的研究中，基于表面上皮标志物（EpCAM和CK）的循环肿瘤细胞（CTC）检测策略应用较为广泛，但存在局限性。研究表明，CTC中的肿瘤相关miRNA与癌症的发生和发展具有高度相关性，具有成为肿瘤表征和鉴定标志物的潜力。目前，高通量地针对单个CTC在活细胞水平开展原位分析，并进一步实现多个miRNA的同步分析，是颇具挑战性的工作。然而，新型的二维纳米材料——金属有机框架（MOF）因结构可控、功能多样的特性，为研究人员提供了活细胞探针载体的新思路。 　　近日，中国科学院深圳先进技术研究院陈艳团队联合清华大学深圳国际研究生院谭英团队、香港理工大学杨莫团队，提出了新型的2D MOF纳米传感器集成的液滴微流控流式细胞仪（Nano-DMFC），可应用于CTC单细胞miRNA的原位多重检测。相关研究成果以2D MOF Nanosensor-Integrated Digital Droplet Microfluidic Flow Cytometry for In Situ Detection of Multiple miRNAs in Single CTC Cells为题，发表在Small上。 　　本研究开发了一种新型的2D MOF纳米传感器集成的液滴微流控流式细胞仪（Nano-DMFC），突破了活细胞中核酸原位分析的技术瓶颈，高通量地实现了样本中单个CTC活细胞miRNA的原位、多重、定量分析。该纳米传感方案以金属有机框架MOF为猝灭剂，双色荧光染料标记DNA探针为供体，首次合成了用于双重miRNAs检测的生物功能化MOF荧光共振能量转移（FRET）纳米探针。该2D MOF纳米传感器修饰了两种乳腺癌靶向多肽序列，以增加肿瘤细胞靶向和内体逃逸能力。集成2D MOF纳米传感器的数字液滴微流控流式细胞仪，可实现单个乳腺癌细胞中双重miRNA标志物（miRNA-21和miRNA-10a）的原位检测。 　　纳米传感器集成的液滴微流控流式细胞仪由三部分组成——单细胞液滴发生器、纳米探针微注射单元和液滴荧光检测单元。Nano-DMFC系统首先产生单细胞液滴，然后2D MOF纳米传感器被精确地微注射到每个单细胞液滴中，在活细胞水平实现单个肿瘤细胞中的双重miRNA表征。在单个肿瘤细胞内存在目标miRNA时，MOF纳米片上的染料标记的ssDNA与其靶标形成杂交双链DNA（dsDNA），dsDNA和MOF之间的相互作用减弱，使dsDNA从MOF表面分离，最终触发荧光的恢复。不同类型的miRNA在单个细胞中产生不同的荧光信号。最后，研究使用光纤集成的液滴流式检测装置，在纳米探针孵育后对液滴中的信号进行检测和分析，从而实现对单细胞中双重miRNA的检测。实验结果表明，Nano-DMFC平台能够以双重miRNA为靶标在仿生样本（含有10,000个阴性上皮细胞）中检测出10个阳性CTC细胞，同时在加标血液样本的回收实验中表现出良好的重复性。该平台验证了以miRNA为标志物的CTC检测新策略。Nano-DMFC系统作为小型化、高度集成、操作简易的活细胞miRNA分析平台，为探究肿瘤细胞异质性和鉴定细胞亚型提供了新思路，并在临床研究中具有癌症早期诊断和术后监测的潜力。 　　研究工作得到国家自然科学基金、广东省粤港联合创新领域项目、深圳市科技创新委员会和香港研究资助局等的支持。 　　论文链接 　　A、同时检测miR-21和miR-10a的MOF-PEG-peps纳米复合材料传感器的制备方案；B、Nano-DMFC系统中的样品处理单元和miRNA检测单元，可实现单细胞液滴包裹、纳米传感器微注射、单个CTC细胞多重miRNA荧光检测。 在液体活检的研究中，基于表面上皮标志物（EpCAM和CK）的循环肿瘤细胞（CTC）检测策略应用较为广泛，但存在局限性。研究表明，CTC中的肿瘤相关miRNA与癌症的发生和发展具有高度相关性，具有成为肿瘤表征和鉴定标志物的潜力。目前，高通量地针对单个CTC在活细胞水平开展原位分析，并进一步实现多个miRNA的同步分析，是颇具挑战性的工作。然而，新型的二维纳米材料——金属有机框架（MOF）因结构可控、功能多样的特性，为研究人员提供了活细胞探针载体的新思路。

时间：2018年9月27日 19:30 - 20:30内容简介：临床疑难病例越来越多，传统的细胞学已经不能满足我们对体液检测的要求，流式细胞术运用于体液检测，不仅提高了白血病、淋巴瘤的检出率，而且可以检测体液的免疫细胞，判断体液类型，从而辅助判断病情。主讲人简介：詹茜 重庆医科大学附属第一医院 流式平台组长重庆医科大学血液肿瘤硕士，肿瘤学博士，现任重庆医科大学分子医学检测中心流式平台组长，血液肿瘤组组长，对多色流式分析白血病、淋巴瘤有着丰富的经验。

1947年，Mandel和Metais首次报道了外周血中存在游离DNA（Cell-free DNA, cfDNA）。正常生理状态下，血液中的cfDNA主要来源于白细胞的坏死和凋亡；在某些疾病和特殊状态下，如组织损伤、癌症和炎症反应等，细胞内的DNA片段也会被释放到各种体液中（血浆、脑脊液、尿液等）成为cfDNA。在癌症早期，当患者还未表现出明显的临床症状时，细胞内DNA状态就已经发生变化，这些DNA被释放到体液中，使得体液cfDNA中包含了与癌症相关的重要信息。通过对这些信息进行提取和处理，可对癌症进行非侵入式诊断，实现癌症的早期诊疗，因此，cfDNA检测是目前市场上最常见的液体活检形式。髓母细胞瘤（Medulloblastoma，MB）是一种恶性的儿童胚胎中枢神经系统肿瘤，具有沿软脑膜转移的倾向。根据基因组特征可分为4个亚群：WNT、SHH、 Group 3和Group 4。手术切除结合放化疗是目前治疗MB的首选治疗方案（可治疗约70%的病人），术后的标本则作为诊断和肿瘤特征分析的证据。MB能够随着时间的推移而发展，约1/3患有MB的儿童最终都是死于该疾病，存活下来的患者也需要长期忍受由于治疗而产生的毒性。目前，除了磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）和脑脊液（Cerebrospinal fluid, CSF）细胞学检测，还没有可靠的分子生物标志物来反应MB的进展情况。因此，通过纵向样本开发强大的、微创的、临床可操作的生物标志物是非常必要的。研究显示，在 CNS 恶性肿瘤患者中，CSF来源的cfDNA比从血浆中分离出来的cfDNA具有更大的效用【1-2】。MB基因组几乎没有热点驱动突变，而是以普遍的染色体拷贝数变异（Copy number variations, CNVs）为特征，因此限制了cfDNA 突变分析在MB中的通用性【2-3】。近日，来自美国St. Jude儿童研究医院的Paul A. Northcott团队在Cancer Cell杂志在线发表了题为Serial assessment of measurable residual disease in medulloblastoma liquid biopsies的文章。研究人员利用MB中染色体不稳定性的特点，通过低深度全基因组测序（Low-coverage whole-genome sequencing, Lc-WGS）对来自123名MB患者的476例CSF来源的cfDNA样本进行分析，鉴定了可作为可测量残留病变（Measurable Residual Disease, MRD）标志物的CNVs，阐释了cfDNA检测的疾病预测价值和诊断价值。本研究共收集了来自123名MB患者的共476例CSF样本，提取cfDNA进行低深度全基因组测序（lcWGS），并进行后续分析（图1）。首先，作者评估了cfDNA来源的CNVs作为MRD标志物的效用。数据显示，在67例样本（67/105）中检测到了MRD；相反，7例非肿瘤CSF样本中都没有检测到cfDNA来源的CNVs，即MRD阴性。MRD阳性CSF样本与相应的原发性肿瘤之间的CNVs检测谱高度一致。MRD检测与疾病的转移状态、分子亚群和肿瘤位置显著相关，与年龄、性别、切除范围、细胞学检查结果以及切除和脑脊液取样之间的时间无关。值得注意的是，无论相应的脑脊液细胞学结果如何，MRD在高危疾病患者中的阳性率相似：91例脑脊液细胞学阴性的样本中有56例样本的MRD呈阳性。图1. 样品收集及检测流程图随后，作者探究了连续MRD检测与疾病复发之间的关系。在30/77（39%）例放疗后、21/75（28%）例化疗中及20/68（34%）例治疗结束的患者中检测到MRD。出现疾病复发的患者在治疗期间的MRD持续率明显高于没有复发的患者。在MRI显示病情完全缓解的32例病人中，有16例病人在复发前3个月时就检测到了MRD，此时影像学或细胞学异常还不能检测到。在所有持续接受放化疗或细胞学有差异的12例病人的CSF样本（n=27）中均检测到了MRD。24/25例患者在病情发展的3个月内采集的脑脊液标本中MRD呈阳性；在病情没有进展的患者中，193/209（92%）例CSF样本都是MRD阴性。那么，连续检测MRD在临床上有何价值？作者发现，那些放化疗后、治疗期间或已经结束治疗的病人中，MRD阳性病人的无进展生存期（progression-free survival, PFS）比MRD阴性的病人差很多。与治疗结束时MRI和脑脊液细胞学检查的标准评价进行比较，同时进行的MRD检测对于病人分类更有效，其对残留病变的灵敏度也更高（64% vs. 24%）。在治疗结束的病人中，12/20（60%）MRD-阳性的病人的MRI/细胞学检查正常，但后期其中的10位病人的病情都有所进展；其余两例病人MRI正常其MRD也呈阳性。在高风险患者中，治疗结束时的MRD与PFS有显著关系。作为一个随时间变化的变量，随访期间MRD检测与PFS显著相关。接下来，作者对疾病复发中的肿瘤相关分子图谱进行了分析。为了同时在早期和疾病进展期检测渐进性疾病（Progressive disease, PD）和MRD阳性患者的CSF，作者比较了从患者匹配的CSF样本中提取的CNVs谱，发现了染色体非整倍性，提示12/15（80%）例患者存在克隆选择或进化。cfDNA 分析可以更早地检测出那些在疾病复发时占主导地位的肿瘤克隆。在研究过程中，作者也注意到了原位肿瘤与cfDNA中检测到的CNVs不一致的情况。例如，患者sj024被诊断为Group4髓母细胞瘤，随后又出现转移性骨骼复发。然而与相应的原位肿瘤CNV检测结果相比，患者的cfDNA来源的CNVs谱更符合复发肿瘤特性，提示患者的CSF样本中包含了具有侵略性的亚克隆，可以驱动疾病的进展。最后，作者进一步评估了基于 lcWGS 的 cfDNA 分析在其他儿童脑肿瘤中的适用性。通过对17名非髓母细胞瘤患者进行分析，发现所有患者在其相应的原发肿瘤中都存在染色体和/或局灶性CNVs。基于lcWGS分析CSF来源cfDNA显示，13例（76%）样本呈MRD阳性，包括3例转移样本。此外，作者还观察了与临床过程相呼应的cfDNA样本的分子反应，其与MB中的发现类似。综上所述，该研究利用从MB和其他CNS肿瘤患者收集的脑脊液样本的大型纵向队列，首次有效地、系统地论证了CSF来源的cfDNA谱在儿童CNS癌症中检测MRD的临床效用（图2）。虽然液体活检的种类和方式非常丰富，但作者认为使用lcWGS检测CSF来源的cfDNA中的肿瘤相关CNVs非常适合于MB：（1）MB切除后患者脑脊液或血浆中cfDNA的含量明显低于其他脑肿瘤患者【4-5】，这种低于毫微克的产物，若采用其他检测方法（如表观遗传组和突变分析）是极具挑战的，但对lcWGS已经足够；（2）染色体CNVs在儿童MB中几乎无处不在，捕获CNVs无需使用定制探针来靶向不同的突变驱动基因，适用于缺乏已知驱动基因突变的MB样本。该研究支持将前瞻性cfDNA评估纳入MB临床试验，以进行进一步的研究和技术改进，最终实现根据MRD反应进行个性化治疗。图2. cfDNA检测流程及临床效用原文链接:https://doi.org/10.1016/j.ccell.2021.09.012