在患者血液中循環(huán)的腫瘤細(xì)胞可以提供大量的信息揭示腫瘤細(xì)胞對于治療的反應(yīng)以及哪些藥物有可能更有效對抗疾病。但首先，研究人員要做的是捕獲這些稀少的細(xì)胞，將其從血液樣本許多其他細(xì)胞中分離出來。

    現(xiàn)在許多的科學(xué)家都在致力于研究能夠分離出循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTCs）的微流體設(shè)備，但大多數(shù)都存在兩個主要的局限：處理足量血液所需的時間過長，以及缺乏好的方法在捕獲后將癌細(xì)胞提取出來進(jìn)行分析。

    近日來自麻省理工學(xué)院（MIT）和布萊根婦女醫(yī)院（Brigham and Women's Hospital）的研究人員開發(fā)了一種新設(shè)備，克服了這些障礙。從水母觸須獲得靈感，研究小組用長鏈DNA包被了一條微流體通道，當(dāng)白血病細(xì)胞流經(jīng)時DNA可以抓住細(xì)胞表面的特異蛋白。采用這一策略，研究人員獲得了比現(xiàn)有設(shè)備高10倍的流動率，完全適合于臨床使用。

    利用這一技術(shù)，醫(yī)生可以監(jiān)控癌癥患者判定治療是否正在起效。相關(guān)研究描述在本周的《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）雜志上。

    哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)副教授、布萊根婦女醫(yī)院再生治療中心聯(lián)合主任Jeff Karp說：“如果你有一種快速的檢測能夠告訴你隨著時間的推移這些細(xì)胞是在增加還是減少，這將有助于監(jiān)控治療的進(jìn)程以及疾病的進(jìn)展。”

    這類設(shè)備還有可能實現(xiàn)個體化治療：一旦從患者處分離出細(xì)胞，醫(yī)生就可以用不同的藥物對其進(jìn)行測試確定哪些藥物最有效。

    DNA“觸須”

    特定患者一毫升血液中的CTCs數(shù)量可有幾個到幾千個不等。為了分離這些稀有細(xì)胞，研究人員曾試圖構(gòu)建一些微流體通道，上面滿布對應(yīng)靶細(xì)胞上一種蛋白的特異性抗體。然而，由于抗體只能從通道底部延伸數(shù)十納米，通過抗體捕獲細(xì)胞是相當(dāng)費時間的。

    為了擴(kuò)展捕獲分子的延伸范圍，Karp與麻省理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)副教授Rohit Karnik研究小組模仿水母的觸須，構(gòu)建出了長鏈重復(fù)DNA序列。這些稱作適配體（Aptamer）的序列靶向了一種大量存在于白血病細(xì)胞上的蛋白。

    將DNA鏈附著到微流體上，底部鋪有人字圖形。這些形成圖案的隆起物在血液流過通道時造成漩渦，通過這樣改良通道使得進(jìn)入的單個細(xì)胞接觸到觸須，觸須在通道內(nèi)延伸數(shù)百微米。研究人員從而提高了血流速率。

    Karnik說：“通常在高流速時，細(xì)胞并沒有真正接近表面，捕獲這些靶細(xì)胞非常的具有挑戰(zhàn)性。然而將這些人字形槽溝組合到一起混合溶液，使得細(xì)胞接觸到了表面，加上適配體伸入到溶液中，使能夠以非常高的流速獲得非常高的捕獲率。”

    相比于從前報道的設(shè)備，新設(shè)備的流速要高10倍，系統(tǒng)能夠捕獲60-80%的靶細(xì)胞。當(dāng)前的模型可測量1平方厘米，流速達(dá)每小時1毫升。通過增大設(shè)備，研究人員說他們能夠?qū)⒘魉偬岣叩矫啃r100毫升血液，可快速處理10-20毫升的樣本，這是從患者處獲得精確CTC所需的樣本量。

    由于“觸須”是由DNA構(gòu)成，用酶可輕易地裂解它們，釋放捕獲細(xì)胞開展進(jìn)一步分析。

    微創(chuàng)

    這一捕獲CTCs的設(shè)備也為抽樣骨髓提供了一個更好的選擇，從而確定癌癥治療是否在白血病患者中起作用。

    “如果能夠提高血液中的檢測靈敏度，這種方法或許能夠?qū)⒎蛛x骨髓轉(zhuǎn)變?yōu)榉蛛x血液，其創(chuàng)傷性更小，你可以更頻繁地操作。這有可能改變檢測殘留病的范式，” Karp說。

    論文的主要作者、Karp實驗室前博士后、加州大學(xué)歐文分校助理教授Weian Zhao說：“該技術(shù)的優(yōu)點在于它的通用性。你可以很容易地修改DNA鏈的長度和密度；你可以將不同的序列納入DNA中從而捕獲不同的細(xì)胞類型。”

    這一特點使得這一平臺技術(shù)能夠廣泛用于臨床和研究實驗室。例如，另一種可能的應(yīng)用就是捕獲胎兒細(xì)胞，其在孕婦血液中非常稀有。分析這些細(xì)胞能夠幫助醫(yī)生對一系列疾病進(jìn)行產(chǎn)前診斷測試，且所采用的方法相比羊膜穿刺術(shù)創(chuàng)傷性小得多。

    現(xiàn)在研究人員正致力于改變DNA鏈來靶向其他的分子，例如實體瘤脫落細(xì)胞表面的受體。