針對該臨床問題,北京航空航天大學常凌乾團隊報道了一種新型納米醫療芯片,可以快速檢測肺癌循環腫瘤細胞(CTCs)內PD-L1基因表達、以及腫瘤細胞響應免疫細胞的行為表型;進一步對患者來源的CTCs進行亞群劃分,依此預測肺癌患者對免疫療法的治療效果。與傳統組織活檢技術相比,臨床準確率(AUC值)由57%顯著提高到90%以上。成果以“Genetic and phenotypic profiling of single living circulating tumor cells from patients with microfluidics”為題,發表在《PNAS》上。
圖1. 循環腫瘤細胞(CTCs)捕獲、原位培養和基因分析芯片系統NICHE,用于肺癌免疫治療的精準預測與監測。
該納米芯片采用磁場和細胞尺寸,高效去除(> 93%)血樣中的白細胞,并捕獲CTCs使其形成單細胞陣列(>95%)。為了實現活CTCs內PD-L1基因的準確檢測,研究者們設計了一種具有四面體結構的探針,實現對活細胞內PD-L1基因、內參GAPDH基因、以及CTCs鑒定基因的同時檢測。芯片采用實驗室標簽遞送技術——納米電穿孔,在2秒內將探針遞送至95%細胞內,且保持良好的細胞安全性(90%),遞送性能顯著優于與其他常規方法(圖2)。
圖2. 在單個活細胞水平CTCs內PD-L1 mRNA的精準量化。
完成基因檢測的CTCs,保持了良好的活性。通過與免疫T細胞的共培養,研究者們發現,部分腫瘤細胞在免疫抑制劑存在時,細胞形態發生了明顯的變長,且細胞增殖行為被顯著抑制(圖3)。根據腫瘤細胞PD-L1的表達情況,研究者們劃分出了PD-L1高表達與低表達的閾值;另外,根據腫瘤細胞與免疫細胞共培養的結果,研究者們劃分出了腫瘤細胞形態發生變化的閾值。綜合CTCs中PD-L1高表達(PD-L1high)且表型發生變化(PA+)的占比,該研究定義了一種新的指標,“NICHE指數”,用于預測癌癥患者響應免疫療法的療效。
圖3. CTCs與免疫細胞共培養下發生形態改變。
為了評估NICHE在臨床上預測免疫療效的性能,收集了80 名非小細胞肺癌患者的外周血,通過在NICHE平臺上的檢測,證明了該平臺捕獲 CTCs 并鑒定其基因和行為表型的能力(圖4)。NICHE指數在預測臨床預后方面,表現出高準確性(AUC=0.906),明顯高于目前臨床上基于腫瘤組織中PD-L1表達細胞占比的標準參考方法(AUC=0.578)。目前,該團隊正在聯合北大腫瘤醫院吳楠主任,制定一項行業標準,用于肺癌免疫治療獲益人群篩選,以達到肺癌個性化醫療,有望降低臨床癌癥醫療負擔。
圖4. 采用NICHE系統對肺癌血樣中的CTCs進行捕獲與分析,并實現了患者免疫治療的精準預測。
該論文的其他通訊作者包括北京大學腫瘤醫院吳楠教授、格拉斯哥大學Jonathan M. Cooper 教授、北京機械設備研究所楊明珠研究員。第一作者為北航醫學科學與工程學院董再再(助理教授)、北航生物與醫學工程學院汪于森碩士、北京大學腫瘤醫院劉冰博士、上海市感染和免疫疾病科技創新中心徐高連教授。
文章鏈接:https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2315168121
聲明:化學加刊發或者轉載此文只是出于傳遞、分享更多信息之目的,并不意味認同其觀點或證實其描述。若有來源標注錯誤或侵犯了您的合法權益,請作者持權屬證明與本網聯系,我們將及時更正、刪除,謝謝。 電話:18676881059,郵箱:gongjian@huaxuejia.cn