磁“钓”癌细胞!斯坦福科学家发明柔性磁线,捕获血液中循环肿瘤细胞效率达传统方法80倍

医疗健康 来源:奇点网 作者:奇点糕
2018
07/19
10:06
奇点网
作者:奇点糕
医疗健康

液体活检这个概念火了不是一天两天了。从血液中获取循环肿瘤细胞(CTCs)进行分析,这是癌症早期诊断和精准医疗的基础。

最大的障碍也出在这里。CTCs是真的少,临床上抽个5-10ml的血液,很可能都检不出来啥[1]。有没有什么更好的办法能够把这些“少数分子”聚集起来一网捞起呢?

有了!本周在《自然生物医学工程》杂志上发表了一篇新研究,哈佛医学院的放射学大牛Sanjiv Gambhir教授团队开发了一套磁力“鱼线”,将不到小指长的磁性金属线伸入血管,磁性纳米粒子标记的CTCs就会迅速被“钓起”。与抽5ml血相比,这条鱼线的效率达到了10-80倍,而与另外一种类似的商业检测方法GILUPI CellCollector相比,效率可以达到500-5000倍![2]

通过改变纳米粒子的结合方式,这种方法也可以用来检测DNA、RNA、蛋白质等其他稀有生物标记物!

CTCs是真的少。虽然癌症患者体内可能存在着成百上千的CTCs,但是同时人体血容量大约在5L左右,5-10ml血样里能够含有的CTCs简直屈指可数。有位科学家说得好,这就像让你从浴缸里捞一粒沙,但是只给你舀一杯水。

就算这一杯水里恰好舀到了沙子,那就够了吗?我们都知道,肿瘤存在很大的异质性,少量的CTCs可能根本不足以描述肿瘤的特征[3],考虑到测试药物敏感性也需要几十到几百个肿瘤细胞[4,5],获取的CTCs自然是越多越好。

那么增加检测的样本的容量又如何呢?把全身的血液都提出来分析一遍?像是体外循环、透析这类方法倒是可以做到,不过不管风险还是成本都太高了。

另一个思路是在体内捕捉CTCs,比如说GILUPI的CellCollector技术,这种技术是将涂布了对应抗体的金属材料置入血管收集CTCs[7],不过它的收集效率比较一般,这可能是因为光靠抗原抗体之间的作用,“抓捕”力量还是不太够。

哎?癌细胞自己过不来,拉它一把!

想要快速、大量地从血流中抓取CTCs,关键还是要有足够强的结合力,研究者们选择了磁力。这套磁力鱼线的设计也蛮简洁的,先用包裹着抗体的纳米粒子标记CTCs,然后放上磁力线等着抓就行了!

研究者算了一笔账。假设1ml血液里有1个CTC,那么理想情况下5ml血液样本里能检出5个CTC。如果用磁力线呢,1小时足够全身血液通过一条2-3mm直径的静脉血管了,5L的血液啊,就算只能抓住5%的标记CTCs,那也能抓到250个,足有血样的50倍了,可行!

经过一番设计,研究者确定了1μm大小超顺磁性氧化铁粒子+EpCAM抗体的组合。EpCAM是一种上皮细胞来源癌细胞经常出现的细胞表面黏附分子,血细胞中不表达[29]。磁线则确定0.75mm直径、6cm长,这样磁力足以覆盖2-3mm直径血管,同时也不会造成血流不畅。

理论上,这套设备应该能够抓到90%以上被包被抗体纳米粒子(MPs)标记的CTCs了!


标记、捕获、洗脱培养、分析,完美!

来试一试吧!研究者们准备了一套机械模拟的循环系统,先放入了被MPs标记好的CTCs。放入磁线不到10min,上面已经吸满了MPs了!分析结果显示在三种不同CTCs浓度下(10、100、1000个/ml),捕获率达到了25-58%!

相对的呢,非EpCAM表达细胞、或者放置没有磁力的金属线,捕捉率分别只有0.6%和0.1%,可见这种方法的特异性还是非常高的。

真的用起来我们肯定是没法事先在体外标记好CTCs的,所以研究者又尝试了直接在循环内标记。先放入MPs,再放磁线,CTCs捕获率也达到了41-85%!而且放入的MPs有97%都被成功回收了!


捕获率高,特异性也高

研究者还把循环中的buffer换成了人类全血,这样整个系统的粘稠度上升了3-4倍,但是捕获率还是很不错滴,理想标记状况下有34-55%,直接在系统内标记则有33-40%。

令人高兴的是,这些被捕获的CTCs洗脱后仍然有活性,在培养皿中生长得和未标记CTC一样,MPs标记也不会影响它们的基因表达,说明用磁线钓来的CTC拿去分析患者肿瘤表型完全没有问题!


在更加粘稠的血液体系中效果也很好

考虑到在体内,CTCs实际上寿命很短[7,8],大范围内用MPs标记可能效率并不高,研究者们又进一步改进了这个方法。直接在插入磁线的上游注射MPs,只在局部提高MPs浓度,路过的CTC立刻被标记立刻被收集。这种方法也允许使用更大颗粒的MPs,可以增大磁力。

体外实验显示,改进后的方法效果也很好,96%的MPs都在第一次经过磁线的时候被捕获了,buffer中的CTCs捕获率有22-46%,血液中则有39-70%。


上游加MPs,下游下钓钩

磁线还有聚四氟乙烯保护套,不担心生物不相容

接下来就是体内实验了。研究者选择了猪的耳静脉,因为这段血管与人类手臂上的头静脉比较相似,可以很好地模拟人体内的情况。

遗憾,内源CTCs模型建造有困难[9],研究者还是得采用注射外源CTCs的方法来模拟约100个CTCs/ml的血液环境。结果显示,2500-10000个CTCs,磁线成功捕获了1-8%,捕获成果与抽5ml血相比达到了10-80倍了!

对比此前在体外模拟循环中测得,CellCollector的捕获率只有0.0016±0.0003%,磁线的捕获率达到了500-5000倍!


实际装置和造影下的磁线

那么现在问题就剩,这个方法对身体有害吗?铁纳米粒子本身可以用于治疗贫血,也有Feraheme这样的FDA批准药物。

研究者也在小鼠中进行了安全性实验,注射15倍剂量的MPs,然后在1天、1周、1月后给小鼠体检,结果显示注射后只有白细胞短暂下降了,随后一切指标都很正常,并没有出现铁过载现象。

MPs本身半衰期只有约2.8分钟,注射后15分钟内就能够清除97%,它的代谢路径也与其他的铁纳米粒子相似[10-13],想来还是比较安全的。

体内实验中,磁线表现出了1-8%的捕获率,不过实际上猪耳血管结构很复杂,有很多分支,并非所有被标记的CTCs都通过了磁线,最好的证据就是,体外能够捕获96%的MPs,但是体内只能捕获34%。

而且实验中使用了造影剂,这可能会让CTCs粘到血管壁上;为了模拟多加的那根注射管,也会刺激血管紧缩,导致更多CTCs逃过磁线的检查。

如果这项技术能够应用在人体上,更长更平滑的头静脉将允许更长的标记时间和更大的检测量,真实的捕获率可能要在三倍以上。

这项技术硬要挑个问题,恐怕就是侵入性了。不过对比癌症治疗的收益,这也是值得冒的风险。

期待磁力“鱼线”能够早日走入临床。或许有一天它不仅仅能够用于癌症早期检测、肿瘤异质性分析,还可以变身磁力“渔网”把癌细胞一网打尽。

参考资料:

[1] Alix-Panabières, C. & Pantel, K. Challenges in circulating tumour cell research. Nat. Rev. Cancer 14, 623–631 (2014)。

[2] https://www.nature.com/articles/s41551-018-0257-3#Sec25

[3] Yu, M., Stott, S., Toner, M., Maheswaran, S. & Haber, D. A. Circulating tumor cells: approaches to isolation and characterization. J. Cell Biol. 192,373–382 (2011)。

[4] Yu, M. et al. Ex vivo culture of circulating breast tumor cells for individualized testing of drug susceptibility. Science 345, 216–220 (2014)。

[5] Cayrefourcq, L. et al. Establishment and characterization of a cell line from human circulating colon cancer cells. Cancer Res. 75, 892–901 (2015)。

[6] Saucedo-Zeni, N. et al. A novel method for the in vivo isolation of circulating tumor cells from peripheral blood of cancer patients using a functionalized and structured medical wire. Int. J. Oncol. 41, 1241–1250 (2012)。

[7] Liu, Y. et al. Circulating tumor cells in HER2-positive metastatic breast cancer patients: a valuable prognostic and predictive biomarker. BMC Cancer 13, 202 (2013)。

[8]Meng, S. Circulating tumor cells in patients with breast cancer dormancy. Clin. Cancer Res. 10, 8152–8162 (2004)。

[9] Paterlini-Brechot, P. & Benali, N. L. Circulating tumor cells (CTC) detection: clinical impact and future directions. Cancer Lett. 253, 180–204 (2007)。

[10] Jain, T. K., Reddy, M. K., Morales, M. A., Leslie-Pelecky, D. L. & Labhasetwar, V. Biodistribution, clearance, and biocompatibility of iron oxide magnetic nanoparticles in rats. Mol. Pharm. 5, 316–327 (2008)。

[11]Tate, J. A., Petryk, A. A., Giustini, A. J. & Hoopes, P. J. In vivo biodistribution of iron oxide nanoparticles: an overview. Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng. 7901, 790117 (2011)。

[12] Arami, H., Khandhar, A., Liggitt, D. & Krishnan, K. M. In vivo delivery, pharmacokinetics, biodistribution and toxicity of iron oxide nanoparticles. Chem. Soc. Rev. 44, 8576–8607 (2015)。

[13]Tsoi, K. M. et al. Mechanism of hard-nanomaterial clearance by the liver. Nat. Mater. 15, 1212–1221 (2016)。

来源:奇点网

作者:奇点糕

来源:奇点网   作者:奇点糕

(原标题:《自然》子刊:磁“钓”癌细胞!斯坦福科学家发明柔性磁线,捕获血液中循环肿瘤细胞效率达传统方法80倍!| 奇点猛科技)

为你推荐

CDE:针对泛肿瘤的抗肿瘤药物临床研发技术指导原则资讯

CDE:针对泛肿瘤的抗肿瘤药物临床研发技术指导原则

泛肿瘤是从肿瘤起源和病因学等角度,将多种组织来源的肿瘤视为同一类疾病,并且寻求相同的治疗手段。当针对共有的分子改变开发药物时,不同肿瘤的患者均有可能从相同的药物治疗...

2026-01-25 18:54

“肥胖与脂肪肝早筛早治健康管理行动计划”在广州正式启动资讯

“肥胖与脂肪肝早筛早治健康管理行动计划”在广州正式启动

1月24日,由健康报社主办、信达生物支持的“肥胖与脂肪肝早筛早治健康管理行动计划”在广州正式启动。

2026-01-24 17:24

病毒“突变”不等于更强生存力——华山张文宏教授团队发现:敏感性下降,往往伴随适应性下降资讯

病毒“突变”不等于更强生存力——华山张文宏教授团队发现:敏感性下降,往往伴随适应性下降

玛巴洛沙韦敏感性降低的突变发生率仍然极低(0 05%),未发现典型的I38T耐药突变。

2026-01-24 12:22

箕星药业宣布成功完成D1轮2.87亿美元融资,推进口服GLP-1药物开发资讯

箕星药业宣布成功完成D1轮2.87亿美元融资,推进口服GLP-1药物开发

1月22日消息,箕星药业有限公司(Corxel Pharmaceuticals Limited)宣布已成功完成D1轮融资,募集资金高达2 87亿美元。

2026-01-23 18:00

哈维医疗完成数千万元Pre-A轮融资,深耕呼吸医疗赛道资讯

哈维医疗完成数千万元Pre-A轮融资,深耕呼吸医疗赛道

本轮融资由如山资本旗下星链智投基金独家领投

2026-01-23 14:10

基因启明完成亿元天使轮融资,加码iNKT细胞疗法研发与临床转化资讯

基因启明完成亿元天使轮融资,加码iNKT细胞疗法研发与临床转化

本轮融资由人合资本独家投资。融资资金将重点用于推进公司核心iNKT细胞药物的临床试验进程,同时加速新管线的研发拓展与技术平台升级。

2026-01-23 14:05

商务部、国家发改委、国家卫健委、国家医保局等9部门印发促进药品零售行业高质量发展的意见资讯

商务部、国家发改委、国家卫健委、国家医保局等9部门印发促进药品零售行业高质量发展的意见

鼓励符合监管要求的实体医疗机构、互联网医院与药品零售企业依托电子处方流转平台进行处方流转。鼓励建设非医保药品自费处方电子流转平台,规范和完善相关药学服务。

2026-01-23 11:04

诺和诺德聚焦零售药店体重管理服务,启动“零售科学减重生态联盟”资讯

诺和诺德聚焦零售药店体重管理服务,启动“零售科学减重生态联盟”

​1月22日,诺和诺德在福州举办超越·共盈——诺和诺德零售生态伙伴大会,大会汇聚连锁零售药店管理层、临床专家、资深药师、行业智库、零售生态合作伙伴等多方力量,正式启动零...

2026-01-22 21:53

镁信健康二次递表港交所冲刺港股IPO资讯

镁信健康二次递表港交所冲刺港股IPO

成立于2017年8月的镁信健康,定位为医药多元支付基础设施服务商

2026-01-22 17:58

优赫得在华获批治疗既往接受过一种含曲妥珠单抗治疗方案的局部晚期或转移性HER2阳性成人胃或胃食管结合部腺癌患者资讯

优赫得在华获批治疗既往接受过一种含曲妥珠单抗治疗方案的局部晚期或转移性HER2阳性成人胃或胃食管结合部腺癌患者

基于DESTINY-Gastric04 III期试验结果,与雷莫西尤单抗+紫杉醇相比,优赫得®可为患者带来具有显著统计学差异和临床意义的总生存期(OS)改善,两年OS率实现翻倍

2026-01-22 17:53

术理创新完成数亿元B+轮融资,非侵入式脑机接口产业化提速资讯

术理创新完成数亿元B+轮融资,非侵入式脑机接口产业化提速

本轮融资由国家中小企业发展基金、东方富海领衔投资,老股东积极跟投

2026-01-22 17:25

传奇生物CAR-T细胞药物 Carvykti(西达基奥仑赛)2025年销售额18.87 亿美元,同比增长 95.9%资讯

传奇生物CAR-T细胞药物 Carvykti(西达基奥仑赛)2025年销售额18.87 亿美元,同比增长 95.9%

强生2025年全年收入达到941 93亿美元,同比增长6%,净利润268 04亿美元,同比增长90 6%,调整后净利润262 15亿美元,同比增长8 1%。

2026-01-22 16:48

凯因科技主动撤回培集成干扰素α-2注射液乙肝适应症的上市申请资讯

凯因科技主动撤回培集成干扰素α-2注射液乙肝适应症的上市申请

1月20日,凯因科技发布公告,主动撤回培集成干扰素α-2注射液乙肝适应症的上市申请。

2026-01-22 11:21

科塞尔医疗与美敦力公司达成深度战略合作资讯

科塞尔医疗与美敦力公司达成深度战略合作

深化本土源力 | 聚力新境、共促创新普及

2026-01-21 17:47

从收费难题到医保立项:机器人诊疗迎来普及拐点资讯

从收费难题到医保立项:机器人诊疗迎来普及拐点

2025年12月5日,国家医保局向各省医保局下发了《手术和治疗辅助操作类医疗服务价格项目立项指南(征求意见稿)》,用于在医保体系内部征求意见。

文/梁瑜 2026-01-21 16:48

英矽智能6600万美元授权一款具有穿透血脑屏障的潜在在研抗炎药物资讯

英矽智能6600万美元授权一款具有穿透血脑屏障的潜在在研抗炎药物

1月20日,英矽智能发布公告称,与深圳衡泰生物科技有限公司就 ISM8969 项目达成共同开发合作协议。

2026-01-21 15:42

国家医保局规范手术和治疗辅助操作类医疗服务价格,手术机器人有了系统明确收费指引资讯

国家医保局规范手术和治疗辅助操作类医疗服务价格,手术机器人有了系统明确收费指引

近日,国家医保局编制印发《手术和治疗辅助操作类医疗服务价格项目立项指南(试行)》,将已有价格项目规范整合为37项,覆盖医学3D重建、生物3D打印、术中显微成像、手术路径导...

2026-01-21 15:12

GSK22亿美元收购间接获得中国创新药资产资讯

GSK22亿美元收购间接获得中国创新药资产

1月20日,GSK(葛兰素史克)宣布与RAPT Therapeutics达成最终收购协议,根据协议条款,葛兰素史克将以每股58 00美元的现金价格收购RAPTTherapeutics全部已发行普通股,对应股...

2026-01-21 14:33

182家单位入围2025年人工智能医疗器械创新任务揭榜挂帅,都有哪些项目资讯

182家单位入围2025年人工智能医疗器械创新任务揭榜挂帅,都有哪些项目

近日,工信部办公厅 与国家药监局综合和规划财务司公布2025年人工智能医疗器械创新任务揭榜挂帅入围单位。

2026-01-21 10:32

上海医药iNKT细胞注射液获批临床试验资讯

上海医药iNKT细胞注射液获批临床试验

1月20日,上海医药集团股份有限公司发布公告称,下属上海医药集团生物治疗技术有限公司自主研发的“B023细胞注射液”收到国家药品监督管理局核准签发的《药物临床试验批准通知书...

2026-01-20 16:49