CTC富集与单细胞测序技术赋能癌症研究

来源: | 作者:天烁生物 | 发布时间: 2024-09-26 | 668 次浏览 | 分享到:

CTC（循环肿瘤细胞）的富集与单细胞测序技术在癌症研究中发挥重要作用。CTC具有异质性，反映了肿瘤内的多样性，其表型和生物学属性的差异影响转移潜能和药物敏感性。单细胞测序技术通过对单个细胞的基因组和转录组分析，揭示肿瘤异质性，为个性化治疗提供新视角。该技术已在多种肿瘤研究中应用，如乳腺癌、结直肠癌等，有助于理解肿瘤发生和发展的生物学过程，并识别靶向治疗耐药机制。天烁公司开发的单细胞分析平台结合微流控技术和免疫荧光成像，提高了CTC等稀有细胞的捕获效率，为科研工作者提供优质技术服务。

CTC富集与单细胞测序技术赋能癌症研究

循环肿瘤细胞及其异质性

肿瘤细胞可以从肿瘤灶脱落进入血液循环，称为循环肿瘤细胞（Circulating Tumor Cells，CTC），血液中CTC的数量通常非常稀有，每107个白细胞的CTC计数通常在1~100。CTC稀有性为其检测带来了很大挑战，利用表型和生物学属性有助于富集并最终在外周血细胞中分离CTC。

肿瘤异质性是指肿瘤经过多次分裂增殖后，在生长过程中出现的子细胞基因组、蛋白质组和基因表达的差异，这些差异可以导致表型和特征的差异，例如生长速度、侵袭能力、药物敏感性和预后。异质性是恶性肿瘤的特征，肿瘤异质性可以让肿瘤细胞适应肿瘤微环境的变化，促进肿瘤抵抗和进展。

CTC异质性分析的意义

CTC表型具有明显异质性，可分为不同CTC亚群，这为CTC赋予不同的转移潜能。CTC包含非常异质的细胞群，反映了肿瘤内的多样性，其中只有某些细胞是肿瘤转移的渠道。CTC的转移群体具有独特的生物学特征，由于转移相关基因的遗传和转录改变，致其可以自行传播、存活和播种。此外，CTC的微环境是一个复杂的网络，涉及各种细胞类型和可溶性成分。

CTC 的深入表征不仅能提供循环肿瘤 DNA （ctDNA）未发现的肿瘤异质性的见解，还显示出以无创方式诊断和管理癌症患者的前景。在临床应用方面，除 CTC 计数之外，许多研究已经证明了 CTC 分子分析在预后预测、患者分层和疾病监测方面的效用。CTC 也是一种非侵入性工具，用于研究进展性癌症的突变景观。CTC 的单细胞分子分析为鉴定靶向治疗耐药机制提供了一种新的预后方法。

来源Int J Mol Sci. 2023 Aug 2;24(15):12337.

单细胞测序技术及应用

单细胞测序（Single-cell Sequencing)技术以单个细胞为单位，通过对单细胞遗传物质扩增、标记、建库和测序，最后对单个细胞基因组或转录组展开数据分析。单细胞转录组测序（或“单细胞RNA测序”, scRNA-Seq)于2018年被Science杂志评为十大科技突破之首，目前已成为最广泛应用的单细胞测序技术。

应用单细胞测序技术对肿瘤微环境、肿瘤转移、肿瘤免疫及耐药的研究，已经成为肿瘤学最热门的研究方向。近年来对驱动肿瘤进展和转移的分子变化的理解有所提高，实体瘤的临床治疗朝着更加个性化的方向发展。确定癌症发生和发展的基因组驱动因素有助于新一代治疗方法如靶向药物的临床开发，这些药物通常靶向控制癌细胞增殖和其他生存机制的基因产物。然而，这些靶向治疗常常通过癌基因突变或旁路信号通路的激活而导致治疗抵抗。因此肿瘤异质性分析，尤其对肿瘤进行单细胞层面的分析非常重要。

单细胞测序技术在肿瘤研究的应用优势

一般来说，肿瘤组织的高通量测序分析是基于对数百万个细胞的混合样本的分析，它反映了细胞的整体基因组特征，但忽略了肿瘤细胞的异质性，容易忽略样本中低丰度但功能重要的细胞，单细胞测序技术的出现很好地解决了这个问题。此外，由于肿瘤的大小和位置因素，使用组织活检有时不可行。分析单个CTC和细胞簇（CTM）成为一种有效策略，对CTC进行全基因组单细胞RNA测序和DNA测序，能有效助力实体肿瘤患者的CTC异质性和靶向治疗耐药机制研究。

单细胞测序可用于研究外周血CTC等稀有细胞、肿瘤原发灶和转移灶、转移淋巴结中单细胞基因组、转录组和表观遗传组的差异，减少肿瘤异质性的干扰。目前，单细胞测序已广泛应用于乳腺癌、结直肠癌、恶性黑色素瘤、肺癌和前列腺癌等肿瘤研究，为了解肿瘤发生和发展的生物学过程提供了新的视角。

基于CTC单细胞测序的研究案例

许多研究已经发现上皮-间充质转化（EMT）与各种癌症中获得干细胞特性之间的联系。除此之外，一些研究还通过在各种类型癌症的单个和聚集的CTC上检测到的免疫检查点蛋白程序性死亡配体1（PD-L1）的表达，强调了CTC在免疫逃逸机制中的作用。在解决细胞异质性的同时，单细胞方法可以将 CTC 亚群分析与癌细胞表型、转移、患者预后和耐药性联系起来。Cheng等人对CTC 进行了 scRNA-seq，确定了激素和靶向治疗的乳腺癌药物靶点，并追踪了表达癌症干细胞（CSC）标志物以及上皮/间充质细胞状态转变标志物的单个细胞，这些细胞的转录组分析为监测靶点治疗药物和肿瘤转移过程提供了见解。

CTC 中常见分析的基因组变异及其临床影响

来源：Cancers (Basel). 2019 Oct 19;11(10):1595.

天烁单细胞分析平台

天烁已经开发建立了基于物理、免疫学CTC分离和富集平台、单细胞水平的表型表征和基因组分析技术平台。天烁自主知识产权的基于微流控技术的细胞分选仪，能有效富集和分离血液样本中的CTC等稀有细胞（CTC、PBMC、淋巴细胞等细胞类型均支持），然后通过免疫荧光成像分析对稀有细胞进行鉴定，通过高自动化的单细胞挑取设备，精准挑取到研究目标样本。前期研究已证明，在单细胞测序之前，通过微流控细胞分选平台可以更高效的捕获CTC等稀有细胞，从而大幅提高单细胞分析效率并减少工作量。天烁积极探索最前沿单细胞测序技术，陆续与10x Genomics、BD、M20 Genomics、华大等优秀的国内外单细胞分析平台建立良好的生态合作关系，为广大科研工作者提供丰富和优质的技术服务。