一种新型微流体芯片装置，能够捕获并分析肿瘤特异性细胞外囊泡
由麻省综合医院（MGH）的研究人员开发的一种新型微流体装置可能实现肿瘤来源的细胞外囊泡（EVs）作为监测肿瘤对治疗反应的生物标记物，这种通过血液传递分子的微小脂质颗粒能够提供详细的信息来指导治疗选择。在今年1月发表于Nature Communications杂志的文章中，来自MGH医学工程中心（MGH-CEM）的团队描述了从患有危险性脑肿瘤——多形性成胶质细胞瘤（GBM）的患者的血清或血浆样品中捕获EV的详细过程、以及肿瘤特异性的遗传和分子信息。
文章的通讯作者，MGH癌症中心和MGH-CEM的BioMEMS资源中心的Shannon Stott博士说：“胶质母细胞瘤是一种极其致命的疾病，治疗的选择很少。由于肿瘤的位置特殊，获得动态的实时分子信息一直有很大难度，这限制了我们确定肿瘤进展的能力，限制了患者去接受最新疗法。我们的设备能够从在血液传送的数十亿细胞外囊泡中挑选出肿瘤特异的细胞外囊泡，这可能会为这种和其他难以治疗的癌症类型带来急需的新诊断和监测工具。”
示意图显示了EV-HB-Chip的抗体包被的芯片表面如何从患者血清或血浆中捕获红色和绿色标记的肿瘤特异性细胞外囊泡。
在之前的研究中，分离细胞外囊泡的技术有限，将肿瘤的细胞外囊泡与其他非肿瘤细胞分泌的囊泡进行区分的难度很大。使用肿瘤特异性抗体的方法，耗时且麻烦，并且无法从样品中捕获足够数量的肿瘤特异性细胞外囊泡。设计用于捕获肿瘤细胞和分子的其他液体活检技术 ，例如由MGH团队成员开发的几种循环肿瘤细胞（CTC）的分离装置，在整个治疗过程中监测脑肿瘤的能力也有限。由于这些潜在的生物标志物可能不一致能穿过血脑屏障，因此在血检时它们的作用是有限的。
Stott博士的团队将她开发的用于CTC检测的HB芯片的功能与特定细胞外囊泡捕捉的功能相结合。将芯片的表面利用细胞外囊泡的物理特性进行了优化，芯片比电池小了几千倍，并且含有在GBM细胞高度表达的蛋白质的抗体“鸡尾酒”。该团队还确定了一些其他因素，这些因素增加了从样本中捕获的肿瘤特定细胞外囊泡的数量，并开发了从该设备中释放细胞外囊泡的方法，同时保留其内容以供详细分析。采用这种方法，他们的装置可以在1微升血浆液滴中分离出少至100个纳米级大小的囊泡。
使用这种被称为EV-HB芯片的新设备，研究人员分析了来自13名GBM患者和6名来自健康志愿者对照的血清或血浆样品。EV-HB-Chip从所有13位患者中分离出肿瘤特异性EV，并在6位测试该突变的患者中的5位中鉴定出了EGFRvIII突变。被捕获的EV中还鉴定出GBM的四种特征亚型中存在的基因，并揭示了超过50种癌症相关基因的上调，有些基因在GBM EVs中以前未报道过。
细胞外囊泡（红色）从患者肿瘤细胞中释放并被捕获在EV-HB芯片表面。
作为哈佛医学院助理教授，Stott指出，EV-HB-Chip具有极高的特异性和敏感性，可以使用相对较小的血液样本中捕获EV，这在其他血液活检方法是不可能的，对儿科患者尤其有益。该装置的灵活性应该使其可用于许多类型的癌症，并且由于所有细胞释放EV进入循环，其他疾病包括传染病、自身免疫疾病、心脏病和神经退行性疾病等都可以应用。我们同时研究由EVs、CTCs和循环DNA提供的生物标志物，有助于确定哪些信息对于特定患者和治疗阶段最具信息性。
Stott指出，EV-HB芯片的设计是一种低成本、易于使用的设备，希望能够迅速转入临床使用。“我们对这个早期阶段的数据感到兴奋，我们期待着扩大技术规模并增加分析的患者样本数量。具体而言，我们有兴趣探索这些囊泡如何随着治疗时间而改变，并且我们将我们的血液检测看作是探索脑肿瘤患者的理想方式。”Stott说。
参考文献：Reátegui E et al. (2018) Engineered nanointerfaces for microfluidic isolation and molecular profiling of tumor-specific extracellular vesicles. Nat Commun 9(1):175.
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