Универсальная платформа микрочипов для захвата редких клеток

Jul 31, 2023

Научные отчеты, том 5, Номер статьи: 15342 (2015) Цитировать эту статью

5709 Доступов

35 цитат

94 Альтметрика

Подробности о метриках

Анализ редких событий, происходящих на чрезвычайно низких частотах в жидкостях организма, по-прежнему остается сложной задачей. Мы создали универсальную платформу на основе микрочипов, способную захватывать отдельные клетки-мишени из больших фоновых популяций. В качестве варианта использования мы выбрали сложную задачу по обнаружению циркулирующих опухолевых клеток (ЦОК) — примерно одной клетки на миллиард нормальных клеток крови. После инкубации со смесью антител целевые клетки извлекаются на микроматрице в микрофлюидном чипе. Доступность нашей платформы позволяет впоследствии восстанавливать цели для дальнейшего анализа. Микрочип облегчает исключение ложноположительных событий захвата за счет совместной локализации, позволяющей обнаруживать без флуоресцентной маркировки. Анализ образцов крови больных раком с помощью нашей платформы достиг и частично превысил показатели золотого стандарта, продемонстрировав возможность клинического применения. Клинические исследователи могут свободно выбирать коктейль антител без необходимости изменения производства чипов или протокола инкубации, что позволяет практически произвольно нацеливаться на виды захвата и, следовательно, широкое применение в биомедицинских науках.

Обнаружение и молекулярная характеристика конкретных подмножеств одиночных клеток, встречающихся с чрезвычайно низкой частотой в жидкостях организма, имеет важный потенциал в биомедицине в качестве диагностического инструмента, но технически это все еще очень сложная задача, несмотря на огромные усилия, предпринятые за последние десять лет. Такие жидкости, как кровь, моча, плевральная жидкость, спинномозговая жидкость или асцит, играют центральную роль в медицинской диагностике, причем кровь является наиболее широко используемым источником информации. Помимо анализа молекул клеточного происхождения (например, белков, нуклеиновых кислот и метаболитов), анализ целых клеток, циркулирующих в крови, может выявить наиболее сложную информацию о причине и фактическом состоянии конкретного заболевания на уровне ДНК, РНК и белков. уровень. Примерами применения в фундаментальных и прикладных исследованиях являются анализ редких субпопуляций Т-клеток в периферической крови пациентов с иммунными нарушениями или инфекционными заболеваниями1, а также циркулирующих опухолевых клеток (ЦОК) у онкологических больных, который можно рассматривать как «жидкую биопсию». ”2,3, новая диагностическая концепция4, вызвавшая огромный интерес за последние пять лет5,6,7,8. Отдаленные метастазы являются основной причиной смертности от рака9 и начинаются с выброса раковых клеток из солидной первичной опухоли (например, рака молочной железы) в кровоток10,11. Эти ЦОК могут оседать в отдаленных органах (например, легких, печени, костях или мозге) и в конечном итоге образовывать метастатические поражения. Анализ ЦОК дает важную информацию о биологии метастатического прогрессирования и новых перспективах в лечении метастазов рака12,13. Однако обогащение и идентификация ЦОК из образца крови по-прежнему остается серьезной проблемой, даже после десятилетий исследований, поскольку соотношение между ЦОК и клетками крови составляет примерно 1:109 (при условии, что < 200 ЦОК/мл, 5 × 109 эритроцитов/мл). мл, 7 × 106 лейкоцитов/мл)14. Многие различные стратегии обогащения ЦОК основаны на положительном отборе, нацеленном на молекулу адгезии эпителиальных клеток (EpCAM), и были разработаны различные микрофлюидные подходы, показавшие многообещающие результаты15,16,17,18,19,20,21,22,23,24. Поверхности, покрытые анти-EpCAM, взаимодействуют с молекулами EpCAM в клеточной мембране, которые иммобилизуют ЦОК, тогда как клетки крови передают систему. Проверка и дальнейший анализ захваченных клеток проводится с помощью иммуноокрашивания или других подходов5. Однако недавние исследования показали, что EpCAM не всегда является надежным маркером, поскольку в крови онкологических больных обнаруживаются также EpCAM-отрицательные ЦОК25,26,27. Подходы, основанные на гомогенных поверхностях, покрытых антителами, имеют низкую специфичность, что делает их потенциально неэффективными для практического применения. В связи с этим разработка устройств, захватывающих ЦОК, которые (i) могут легко воздействовать на широкий спектр различных поверхностных эпитопов, (ii) способны обрабатывать большие объемы крови, (iii) демонстрируют высокую специфичность и (iv) позволяют однократное клеточный анализ по-прежнему является сложной задачей, но весьма востребован.