彈珠檯原理也能抓取血液中的癌細胞?

彈珠檯原理也能抓取血液中的癌細胞? Credit: *嘟嘟嘟*@Flickr CC BY 2.0

癌細胞流入血液

癌細胞和腫瘤分離後流到患者的血流裡,稱作「循環腫瘤細胞」 (Circulating tumor cells, CTCs),而其中,「單一細胞的CTCs」(single CTCs)非常少,可能一百萬個細胞裡只有一個。然而這樣的細胞隨著血流,可能流到其他器官附著,科學家相信這是一種癌症擴散的方式。然而,還有一種甚至比單一細胞的CTCs還要少,就是群聚型的「腫瘤細胞團」(CTC clusters)或稱為「群聚型的CTCs」,科學家從知道有這種形式的癌細胞在血液裡已經超過五十年的歷史,然而對於「群聚型的CTCs」的了解仍然有限,主要也是因為這種類型的細胞非常難以擷取出來。現在市面上已經有幾種銷售中的「循環腫瘤細胞」檢測儀器;近來,又有科學家發展了其他檢測「單一細胞CTCs」和「群聚型CTCs」的方法。

為什麼在血液中分離特定的細胞不是很容易呢?除了數量非常非常少之外,另一點也是對它的了解很少,加上特徵不一致。現在分離過濾出特定細胞的方法大致有下列幾種方法: 化學標記的方式,可以運用抗體,針對癌細胞表面的蛋白作標記,然後將其分離出來;而有一些則是利用細胞的物理特性,例如說,物體的大小,不作標記(label free),然後將其分離出來,就好像我們在家中廚房用的濾網一樣,選擇特定孔洞大小的濾網,來過濾出物質。然而,以上方法能夠分離出群聚型的CTCs(2-30個細胞組成),仍然有其限制。這些都制約了科學家進一步對CTCs做深入的研究。

微晶片抓取血液中的腫瘤細胞團

美國「麻州總醫院」(MGH)、「哈佛大學醫學院」(Harvard Medical School)、「霍華德·休斯醫學研究所」(Howard Hughes Medical Institute)近來開發了一種微流體晶片科技,稱作Cluster Chip,採用無標記(label free)的方式,根據結構性質 (structural properties) 來分離群聚型CTCs。有效率地成功篩選出這種非常少量的「群聚型CTCs」,讓癌細胞擴散的研究更進一步。這個微流體晶片的設計,是由很多三角柱狀的東西排列組成,其排列方式像是錯開的三角形陣列,排列方式很像夜市的彈珠台上的釘子那樣,每排釘子在橫向會和前後排有一點距離。因為其三角的形狀,當細胞到達相鄰的兩個三角形底邊的尖角,也同時是下一排的三角形頂端的尖角,單一細胞或者血液中的血球細胞會輕易地順著這個尖角的兩側滑入,直到遇到下一個的尖角。然而,「群聚型CTCs」在這個時候就可能因為其結構形狀的關係,卡在這個頂端尖角的地方而不能繼續順流而下。這個很像去夜市打彈珠檯的經驗,一個彈珠可以順利沿著釘子的間隙滾出去,但是如果兩個、三個或更多彈珠黏成一團的話就可能卡在這個隙縫。用這樣的方式可以將「群聚型CTCs」挑選出來,主要是因為結構形狀的因素,而不只是依靠癌細胞尺寸大小或表面蛋白的標記來分離出來。這點是這個晶片開發很重要的特點,可提供更大範圍的癌症應用,尤其是很多表面沒有蛋白可以標記的癌細胞,也可以藉由這種方式分離出來。(以下影片中綠色物為腫瘤細胞團)

如果在流量2.5ml/hr的條件下,可以抓到幾乎99%四個細胞以上的「群聚型CTCs」,而三個細胞的CTCs約70%,只有兩個細胞的約41%。另外,在顯微鏡下觀察分離前後的群聚型細胞,外觀均表現完整,沒有因為這項分離的過程而受到損害。在臨床小型試驗上,對六十位已知有癌細胞轉移的患者進行試驗,藉由這個晶片成功分離出群聚型癌細胞的患者比例如下: 乳癌達40%,黑色素瘤為30%,攝護腺癌為31%。

提供未來研究

雖然目前對「循環腫瘤細胞」(CTCs)和癌症轉移的關係不是那麼明確,但是這樣的分離技術,能提供更多的研究,同時也可能進一步在其上面找出癌細胞增生的一些因子做分析,很有潛力在做更多應用。

文章參考:NIH
影片來源:Nature Methods
圖片來源:*嘟嘟嘟*@Flickr  CC BY 2.0
原文參考:Nature Methods



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BioMeder

生醫人網摘的編輯。熱愛創新和用腦袋的事物,堅持文章一定要有邏輯性,藉由追蹤報導生醫領域的創新和應用來傳播知識。