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液体活检技术知多少?

2016/05/16 来源:生物谷
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导读
液体活检技术的出现,解决了上述的问题,也提前了癌症的诊断时间。这也是液体活检技术被《麻省理工大学科技评论》评选为“2015年十大突破技术”的原因。下面我们对液体活检检测物及研究进展做简要的介绍。


早在1000年以前,阿拉伯医生Abulcasis(1013-1017)就发明了活检技术。活检的好处是医生可以根据病灶组织学结构对病情做出判断。随着近几年测序技术的发展,医生可以对患者组织测序进而给出更加精确的诊断结果。

但随着对肿瘤研究的深入,科学家发现在癌症的诊断和治疗过程中组织活检技术有一定的局限性。主要表现为:肿瘤具有异质性,对于癌细胞已经发生转移的患者而言,仅仅取某个部位的肿瘤组织,并不能反映患者的整体情况,但对所有的肿瘤组织都取样检测又不切实际;某些患者自身的情况决定了他不适合做组织活检;受到手术的扰动之后,有些肿瘤有加速转移的风险;组织活检的滞后性对患者的治疗也是不利的。因此对于癌症的诊断和检测技术有更高的要求。

液体活检技术的出现,解决了上述的问题,也提前了癌症的诊断时间。这也是液体活检技术被《麻省理工大学科技评论》评选为“2015年十大突破技术”的原因。

作为体外诊断的一个分支,液体活检就是通过血液或者尿液等对癌症等疾病做出诊断。其优势在于能通过非侵入性取样降低活检的危害,而且有效延长患者生存期,性价比高。目前液体活检的主要检测物包括检测血液中游离的循环肿瘤细胞(CTCs),循环肿瘤DNA(ctDNA)碎片,循环RNA(Circulating RNA)和外泌体(携带有细胞来源相关的多种蛋白质,脂类,DNA,RNA等)。其中,ctDNA,RNA和外泌体是肿瘤细胞自身分泌或死亡时释放的物质。

下面我们对液体活检检测物及研究进展做简要的介绍。

液体活检主要检测物

循环肿瘤细胞(Circulating Tumor Cells, CTCs)

1869年,澳大利亚籍医生Ashworth首次提出循环肿瘤细胞(Circulating Tumor Cells,CTCs)的概念。1976年,Nowell将CTCs的定义修正为来源于原发肿瘤或转移肿瘤,获得脱离基底膜的能力并通过组织基质进入血管的肿瘤细胞。目前,CTCs是指存在于外周血中的各类肿瘤细胞的统称。CTCs以不同形态存在于外周血中,既有游离的单个CTCs,也有聚集成团的细胞团(CTM,Circulating Tumor Microemboli),肿瘤细胞在进入外周血循环的过程中会发生上皮-间质转变(Epithelial Mesenchymal Transition,EMT)。


CTCs转移过程中必经阶段:

CTCs通过从肿瘤组织中脱落游走至血管,穿过血管进入血循环,克服自身及血循环中各种因素的杀伤作用,到最后定植形成新的转移灶等多个生理步骤,使得CTCs可顺利侵袭转移从而促进相关疾病的进展。


CTCs的检测:

对CTCs检测包含细胞富集和细胞检测两部分,可以进行不同的组合,形成不同的技术。最常见的富集方法是抗体介导或物理方法富集,接下来进行免疫组织化学计数或遗传分析。


A行显示了磁珠-抗体富集方法;B行显示了物理富集方法;C行显示了最常用的细胞检测方法。

血浆游离肿瘤DNA('Cell-Free' Circulating Tumor DNA,ctDNA)

ctDNA(circulating tumor DNA)即循环肿瘤DNA是人体血液循环系统中不断流动的携带一定特征(包括突变,缺少,插入,重排,拷贝数异常,甲基化等)来自肿瘤基因的DNA片段。一般来源于坏死或凋亡的肿瘤细胞,循环肿瘤细胞和肿瘤细胞分泌的外排体,但是在了解ctDNA之前,我们要知道另一个与之相关的概念—cfDNA。

cfDNA(cell-free DNA),或者叫血浆游离DNA,是血浆中游离存在的DNA,它们有的来自于正常细胞,有的来自于异常细胞(如肿瘤细胞),还有部分来自于我们外部(如病毒DNA)。


ctDNA的检测:

数字PCR

将一个标准PCR反应分配到大量微小的反应器中,在每个反应器中包含或不包含一个或多个拷贝的目标分子( DNA模板) ,实现“单分子模板PCR扩增”,扩增结束后,通过阳性反应器的数目“数出”目标序列的拷贝数。


BEAMing技术

结合数字PCR与流式技术,利用特异性PCR引物扩增目标突变区后,与磁珠(磁珠上固定有特异的PCR 引物)混合进行油包水单分子扩增反应。反乳化作用后,利用不同颜色的荧光探针结合磁珠上的PCR产物,发出红色或绿色荧光,再利用流式细胞仪分析磁珠颜色来确定突变情况。


液体活检的研究进展

液体活检—治愈癌症的可靠保障

近日,哈佛医学院丹娜法伯癌症研究院领导合作研究小组成功证实了液体活检技术作为临床工具识别特定病人的可行性。这种简单液体活检技术可快速且精准地检测导致非小细胞肺癌(NSCLC)的两种关键基因致病突变,进而帮助临床医生为病人制定针对上述两种突变的化疗药单,提高非小细胞肺癌的临床治疗水平。“我们认为血浆基因分型在临床测试中具有不可估量的应用潜力,这种癌症常规基因印记的快速与无创筛查可以避免对传统侵入性的活组织检查的挑战。”丹娜法伯/布列根女性医院肺癌专家Geoffrey Oxnard博士说。(原文:Prospective Validation of Rapid Plasma Genotyping for the Detection of EGFR and KRAS Mutations in Advanced Lung Cancer)

Sci Transl Med:“液体活检”可捕捉癌性突变

新国际著名杂志Science Translational Medicine在线刊登的一项新的研究报告中指出,一种新的基因测序技术可能比用传统的肿瘤活检技术检测癌性突变更安全及廉价。这种叫做"TAm-Seq"的技术可通过收集血浆中循环DNA片段,放大与癌症相关的DNA部分并深入挖掘基因序列来发现那些难以辨认的突变。Tim Forshew及其同事分析了来自一组晚期卵巢癌病人的肿瘤样本并发现,有67%的病人带有肿瘤抑制基因TP53的突变。

Cell:新型血检技术或可扩大液体活检的范围

发表在Cell上的一篇报道中,华盛顿大学的科学家表示他们开发了一种新方法可以克服当前液体活检技术的局限性,从而帮助鉴别哪些类型的细胞可以产生游离DNA;这种方法依赖于对个体机体中游离DNA的片段谱系的分析并将这种谱系信息同细胞多种死亡生理条件进行对比,可以扩大液体活检的检测范围。

液体活检技术使得癌症早期阶段的筛查成为可能,无论是肿瘤诊断,治疗还是监控领域,液体活检的优势都使其成为最具发展潜力的肿瘤无创诊断手段,具有极高的临床应用价值和市场前景。

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