学术快讯18 |《Frontiers in Oncology》发表基于微流控惯性聚焦原理的CTC富集筛分及下游检测临床应用文章

2023年9月，中国医学科学院肿瘤医院深圳医院、广东药科大学附属第一医院联合香港城市大学深圳研究院、晶准医学Cellomics在《Frontiers in Oncology》期刊发表题为“Development and clinical validation of a microfluidics-based platform for CTC enrichment and downstream molecular analysis”的研究论文。本项研究构建了基于微流控惯性聚焦原理的CTC富集筛分平台及下游分子分析检测方法，并探索了该平台在肿瘤早筛及用药指导方面的应用。基于微流控惯性聚焦技术的晶准医学CTC100技术平台（NMPA-II认证）能够在15分钟内完成4mL血液中CTC的富集筛分，并保持CTC的高完整性和活性，可直接对接下游单细胞挑取和基于PCR技术的靶向基因检测平台，为患者提供CTC计数分型、靶蛋白/靶基因等多维度信息。该研究在纳入人群队列（N=655）中实现了较高的检测灵敏度（80.77%）和特异性（95.18%）。

 

论文题图

 

    近年来，随着癌症诊断和治疗技术的进步，液体活检技术逐渐成为精准诊断和筛查最有前途的方法之一，在众多血液标志物之中，循环肿瘤细胞（CTC）携带有肿瘤的多维度信息，在改善临床癌症检测、患者监测和管理方面具有显著潜力。CTC的成功筛分和富集依赖于高灵敏度和特异性的检测平台，在过去的几十年中，大多数平台在临床应用上都显示出了一定的局限性。

 

基于微流控惯性聚焦技术的CTC筛分及下游分析流程构建

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

基于CTC100平台的CTC富集筛分和下游分析流程

 

微流控芯片的设计和优化

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   在这项研究中，团队利用惯性聚焦原理设计出螺线型微流控芯片（晶准医学Cellomics独家专利技术），该芯片对不同种类的癌细胞均具有较高的回收率（81.6%-88.9%）。

微流控芯片对不同种类癌细胞的回收率

 

肿瘤细胞的活性和完整性验证

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    接下来，研究对筛分后细胞的完整性和生物活性进行了评估。筛分后的细胞活性比例（90.55%）相比筛分前并（95.05%）未出现显著的下降。筛分后的肿瘤细胞具有较高的完整性，无明显的形态变化，且能够保持一定的增殖和分裂能力。结果表明该微流控芯片可以准确地回收目标细胞，并保证筛分后肿瘤细胞的完整性及活性。

微流控芯片筛分过程能够保证肿瘤细胞完整性和活性

 

CTC100平台的临床验证

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    为了验证该方法的临床实用性，研究纳入了572例患者及83名健康人群，在患者队列中实现了95.1%的检出率（544/572）。进一步分析显示该方法的灵敏度和特异性分别为80.77%和95.18%，AUC=0.9267。在样本量较大的癌种（NSCLC）中，分析发现晚期NSCLC患者的CTC数目显著高于早期NSCLC患者（P＜0.05）及健康人（P＜0.001）。

CTC富集筛分平台的临床性能验证

 

CTC下游检测分析

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    CTC下游靶蛋白检测：

    在CTC100富集筛分平台能够以较高的完整性及活性准确筛分出CTC的基础上，研究进一步探索了CTC下游靶蛋白（PD-L1，HER2、VEGF）分析的可行性。针对PD-L1靶点的研究表明CTC PD-L1检测与组织PD-L1检测具有相关性（R=0.54，P=0.002），提示CTC PD-L1检测可作为病理组织不可及患者的替代检测方案，此外，CTC上蛋白标靶的时效性优于肿瘤组织，更适合肿瘤疗效动态监测。

患者CTC靶蛋白检测

CTC下游靶基因检测：

    CTC100富集筛分平台可直接对接单细胞挑取平台，并进一步用qPCR平台进行相关靶药基因位点（EGFR、KRAS、BRAF）的检测。并在15例经过组织病理学证实具有突变的患者中实现了93.3%的准确率（14/15）。基于CTC的靶基因检测能够为临床提供用药指导依据，并监测患者的耐药进展。

CTC单细胞挑取及下游靶基因检测流程

 

总结

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    循环肿瘤细胞（CTC）是液体活检技术中一个极为重要且具有多维度的检测目标。然而，受限于检测技术的局限性，其在临床应用中的使用长期停留在细胞计数和预后评估上，未能取得更大的突破。本文通过惯性聚焦原理的微流控芯片技术改进CTC检测技术，同时采用多平台联合策略，成功克服了CTC检测技术的瓶颈。本项目中所开发的CTC100富集筛分平台能迅速、高效地富集患者外周血中的CTC，并在655人的样本队列中实现了高达80.77%的灵敏度和95.18%的特异性。重要的是，该平台富集的CTC具有较高的完整性和活性，可以便捷地对接下游分析平台，进行相关靶基因、靶蛋白的检测。同时，该项研究充分挖掘了CTC的多维度信息，包括CTC计数分型、CTC靶基因及CTC靶蛋白信息。这些信息能够满足多个临床肿瘤检测和治疗的应用需求，包括早期筛查、辅助诊断、用药指导、疗效评估、预后判断、耐药及复发监测等。展望未来，基于该平台的CTC检测可以与ctDNA等标志物进行多模态液体活检，全面地挖掘患者血液样本标志物信息，从而为临床患者提供更加精准的临床检测服务。

 

文案撰写：晶准生物医学（深圳）医学事务部

参考文献：

[1] Cai S, Deng Y, Wang Z, Zhu J, Huang C, Du L, Wang C, Yu X, Liu W, Yang C, Wang Z, Wang L, Ma K, Huang R, Zhou X, Zou H, Zhang W, Huang Y, Li Z, Qin T, Xu T, Guo X and Yu Z (2023) Development and clinical validation of a microfluidic-based platform for CTC enrichment and downstream molecular analysis. Front. Oncol. 13:1238332. doi: 10.3389/fonc.2023.1238332

 

 

晶准医学核心产品CTC100技术平台（NMPA II类&CE认证）以自主专利的微流控芯片技术为临床提供较高的样本目标细胞分筛效率，精准分离富集高纯度的循环肿瘤细胞（CTC），结合了多重肿瘤标记物的严谨鉴定方式，同时保持了细胞活性高及完整性的特点，灵敏度高，特异性高。同时，利用晶准医学液体活检多平台的特点，CTC技术创新性地结合数字PCR以及NGS测序技术，解决了CTC计数分型临床复合率差、单细胞测序、靶向蛋白检测、细胞培养、PCR等下游应用场景无法开展的难题，为肿瘤液体活检提供整体全面的解决方案。

 

 

 

晶准生物医学（深圳）有限公司是集肿瘤精准医疗活检技术研发、产品转化、生产和销售、检测服务为一体的高新技术企业，在肿瘤早筛、动态监测和精准诊断方面都具有多项国际领先的原研核心技术和检测仪器。公司核心技术和科研团队来自于香港城市大学、哈佛医学院、清华大学、爱丁堡大学、哥本哈根大学、贝勒医学院等国际顶尖生物医学机构。公司拥有自研自产高效快速的CTC分选仪、无芯片式数字PCR仪和业界独特的CTC单细胞测序NGS诊断技术，聚焦于肿瘤精准检测。公司旗下晶益检验实验室设有CTC循环肿瘤细胞实验室、PCR肿瘤分子诊断实验室和NGS肿瘤细胞遗传实验室，是国内在肿瘤活检领域检测技术和检测设备最为先进和全面的企业之一。

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