近年來(lái)，全球癌癥發(fā)病形勢(shì)愈發(fā)嚴(yán)峻，發(fā)病率與死亡率呈持續(xù)上升趨勢(shì)。癌癥轉(zhuǎn)移是臨床上導(dǎo)致癌癥治療失敗和癌癥患者死亡的最大原因，因此癌癥轉(zhuǎn)移的早期診斷與治療可以大幅度提高病人的治愈率，是決定很多患者生存率的一個(gè)關(guān)鍵因素。癌癥病人血液中循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTC）分離技術(shù)的發(fā)展有望實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤病人的早期精確的無(wú)侵入式診斷，并在預(yù)后判斷、療效評(píng)價(jià)和個(gè)體化治療方面發(fā)揮重要的指導(dǎo)作用。尤其如能實(shí)現(xiàn)CTC的高純度、高活性分離，則可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)CTC的分子鑒定和功能分析，進(jìn)而可研究癌癥轉(zhuǎn)移的機(jī)理。然而，現(xiàn)有技術(shù)在捕獲的效率、活性及純度方面還面臨挑戰(zhàn)。近來(lái)，中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所納米生物醫(yī)學(xué)部裴仁軍團(tuán)隊(duì)在基于適配體識(shí)別和納米界面的CTC高效捕獲和分離方面取得進(jìn)展。
近年來(lái)，人們開(kāi)始將納米結(jié)構(gòu)及材料用于循環(huán)腫瘤細(xì)胞分離的基礎(chǔ)探索研究中，研究證實(shí)，細(xì)胞表面納米尺度的結(jié)構(gòu)形貌能夠影響細(xì)胞的行為，如細(xì)胞吸附、細(xì)胞定向及細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)性。課題組基于微納米結(jié)構(gòu)對(duì)細(xì)胞粘附行為的調(diào)控作用，制備了多尺度二氧化鈦納米柱陣列基底。該基底由直徑為200 nm左右的二氧化鈦納米柱陣列構(gòu)成，納米柱本身由30-50 nm的顆粒構(gòu)成，可以在不同尺度加強(qiáng)基底與癌細(xì)胞的相互作用，進(jìn)而提高對(duì)CTC的捕獲效率。在血液樣本的實(shí)驗(yàn)中，該納米基底對(duì)靶細(xì)胞的捕獲效率高達(dá)85%-95%。相關(guān)研究成果發(fā)表于美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)《應(yīng)用材料與界面》(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8, 12638−12643)。
利用納米結(jié)構(gòu)的高比表面積優(yōu)勢(shì)及其與細(xì)胞的結(jié)構(gòu)匹配作用可以極大地提高CTC的捕獲效率，但同時(shí)對(duì)血液中大量血細(xì)胞的非特異吸附也隨之增強(qiáng)，導(dǎo)致CTC的捕獲純度降低。為了解決這一問(wèn)題，課題組借助簡(jiǎn)單快捷的電紡技術(shù)構(gòu)建生物相容性良好的殼聚糖納米粒子及納米纖維等表面，并在表面引入一層抗粘附分子（PEG、CBMA等），利用抗粘附分子和適配體親和分子的協(xié)同作用進(jìn)行界面設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)CTC高效地特異性捕獲，同時(shí)保障靶細(xì)胞的捕獲純度。進(jìn)一步地，受啟發(fā)于自然界“優(yōu)勝劣汰”的法則，研究人員在高效捕獲的基礎(chǔ)上，基于CTC與血液細(xì)胞增殖屬性差異，將已捕獲細(xì)胞進(jìn)行原位培養(yǎng)，進(jìn)一步提高了CTC的純度（見(jiàn)圖1）。相關(guān)研究成果發(fā)表于Small (2015, 11, 5444-5451)。
為了更好地滿足后續(xù)的CTC的分子鑒定和功能分析的需要，保持所捕獲的細(xì)胞的高活性狀態(tài)并獲取游離態(tài)的CTC樣本十分必要。為了這一目的，課題組利用適配體替代普遍使用的抗體進(jìn)行CTC的特異識(shí)別捕獲，并借助抗粘附分子pCBMA的作用降低血細(xì)胞的非特異黏附。而后通過(guò)引入適配體的互補(bǔ)短鏈，因互補(bǔ)短鏈與適配體雜交可打破適配體對(duì)CTC的識(shí)別，從而可無(wú)損地釋放納米基底上捕獲的CTC（見(jiàn)圖2）。相關(guān)研究成果發(fā)表于Small（2016, DOI: 10.1002/smll.201600475）。
上述工作獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院/國(guó)家外國(guó)專家局創(chuàng)新國(guó)際團(tuán)隊(duì)、中科院百人計(jì)劃、江蘇省自然科學(xué)基金、江蘇省“六大人才高峰”項(xiàng)目、蘇州市科技計(jì)劃、中科院蘇州納米所的大力支持。
圖1 基于殼聚糖納米粒子的CTC捕獲及原位培養(yǎng)
圖2 基于適配體的殼聚糖納米纖維基底的CTC高效捕獲與無(wú)損釋放
