VIEW:CTCs微流控富集技术和无标记智能化分选CTCs的液体活检技术的最新研究进展

肿瘤转移是恶性肿瘤的一大特征,也是肿瘤手术治疗中的主要障碍和癌症致死的主要原因。循环肿瘤细胞(circulating tumor cells, CTCs)是指由原发灶脱落,侵入血液循环的肿瘤细胞,而CTCs是肿瘤转移过程中最关键的角色。CTCs能逃避机体免疫,在原发或远处脏器驻留,从而形成复发、转移病灶。因此,对CTCs的分选、表征和研究将为癌症的筛查和诊断提供有力的工具。通过对外周血中CTCs的筛查和这种方式也叫做液体活检。相较于传统的检测方法,液体活检优势十分明显,能够实现非倾入性检测,并且实时反映肿瘤动力学和药物敏感性。

意大利波佐利应用科学与智能研究所的Pietro Ferraro等学者撰写综述文章,总结了CTCs微流控富集技术和无标记智能化分选CTCs的液体活检技术的最新研究进展。 相关论文已发表在VIEW上。(DOI: 10.1002/VIW.20200034)

      图示:常见的微流控芯片与人工智能技术相结合的CTCs分选和鉴定策略

该综述首先阐明了CTCs在肿瘤检测、诊断和药物研究方面的临床应用。例如通过研究CTCs在血液中的含量来判断肿瘤的风险。此外,CTCs的分子分析,如DNA突变、基因表达水平和特异性蛋白/转录物表达分析能够为肿瘤治疗和靶向药物使用提供新的思路。

随后文章总结了目前循环肿瘤细胞的筛选方法。主要有两大类筛选策略:基于CTCs表面标记物进行的筛选和基于其物理特性进行的筛选方法。基于表面化学特性进行筛选最常使用的方法为采用CTCs表面的特异性抗原表达来实现对CTCs的捕获,以及DNA或RNA适配体来实现对CTCs的按需捕获和分离。基于物理特性筛选的方法主要通过 CTCs尺寸大小、密度、水流动力学、电泳和声电泳等物理特性来进行无标记的高效筛选。文章也进一步总结了无标记微流控芯片筛选CTCs方法的研究进展。

CTCs富集以后,对于其鉴别和分析能够最大程度发挥CTCs的应用价值。文章总结了单细胞水平下,定量相位成像(QPI)技术在CTCs分析鉴别的最新进展。例如,通过数字全息显微镜技术和断层相位显微技术等实现对CTCs的三维形貌显示、量化分析和动态跟踪等。此外,文章进一步介绍了结合深度学习技术实现对CTCs的快速鉴别和分析的优势。

最后,作者进一步探讨了微流控CTCs分选技术、无标记鉴别和人工智能技术相结合在CTCs研究方面的发展前景及所面临的挑战,此类方法尽管拥有诸多优势,仍需要进一步克服仪器体积大、操作灵敏度不够、捕获效率受限和样品用量大的问题,这也为未来无标记CTCs分选和鉴别提供了方向。

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