◎本報(bào)記者 宗詩(shī)涵

近日，北京航空航天大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院教授常凌乾團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)一款名為NICHE的新型納米醫(yī)療芯片。該芯片可以快速檢測(cè)肺癌循環(huán)腫瘤細(xì)胞(CTCs)內(nèi)PD-L1基因表達(dá)和腫瘤細(xì)胞響應(yīng)免疫細(xì)胞的行為表型，并進(jìn)一步對(duì)源自患者的CTCs進(jìn)行亞群劃分，為肺癌患者提供更精準(zhǔn)的免疫治療方案。相關(guān)研究論文發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上。

當(dāng)前，肺癌患者臨床診斷面臨的最大難點(diǎn)是什么？NICHE芯片如何助力精準(zhǔn)免疫治療？其應(yīng)用前景如何？記者采訪了相關(guān)專家。

現(xiàn)有方法存在短板

據(jù)國(guó)家癌癥中心公布的數(shù)據(jù)，2022年，我國(guó)惡性腫瘤新發(fā)病例數(shù)為482.47萬(wàn)例。惡性腫瘤已經(jīng)成為嚴(yán)重威脅中國(guó)人群健康的主要公共衛(wèi)生問(wèn)題之一。

在眾多腫瘤治療手段中，免疫治療因其顯著療效和創(chuàng)新性，于2013年被《科學(xué)》雜志評(píng)為年度十大科學(xué)突破之一。特別是免疫檢查點(diǎn)抑制劑(如PD-1/PD-L1抑制劑)，可以有效阻斷免疫抑制通路，增強(qiáng)機(jī)體抗癌能力。然而，在臨床實(shí)踐中，僅有部分患者能從免疫治療中獲益，這一療法的普適性與精準(zhǔn)度尚待提升。

“在臨床工作中，我們目前主要依賴影像學(xué)和活檢手段評(píng)估腫瘤狀況，進(jìn)而制定個(gè)性化的免疫治療策略?！背Ａ枨榻B，影像學(xué)在腫瘤檢測(cè)中發(fā)揮了重要作用，但僅能在腫瘤發(fā)展到一定階段、形態(tài)明顯變化后才可以檢測(cè)。該手段只反映腫瘤大小，無(wú)法直接評(píng)估腫瘤的良惡性、基因突變狀況以及是否適合靶向治療。

一般而言，腫瘤治療的難易程度并非單純由腫瘤大小決定，關(guān)鍵在于是否存在有效的靶向藥物。在常凌乾看來(lái)，活檢手段的優(yōu)勢(shì)在于能彌補(bǔ)影像學(xué)的不足，直接檢測(cè)患者的基因信息，從而判斷是否適用特定靶向藥物。

但這種方式同樣存在局限性?；顧z通過(guò)手術(shù)或穿刺獲取患者少量腫瘤組織，染色后觀察其基因突變情況。這種方法雖然直接，但腫瘤內(nèi)部細(xì)胞的異質(zhì)性使得單一樣本難以全面反映整個(gè)腫瘤的真實(shí)情況。

常凌乾認(rèn)為，當(dāng)前肺癌診斷面臨的最大挑戰(zhàn)，在于現(xiàn)有方法無(wú)法在全時(shí)空范圍內(nèi)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)患者是否適合接受特定的免疫療法。如何準(zhǔn)確評(píng)估腫瘤特征，以實(shí)現(xiàn)對(duì)免疫治療效果的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，成為提升免疫治療效率亟須攻克的難題。

集多重功能于一身

面對(duì)臨床挑戰(zhàn)，常凌乾團(tuán)隊(duì)研發(fā)的NICHE芯片集CTCs捕獲、基因檢測(cè)與細(xì)胞行為分析功能于一身，展現(xiàn)了極高的檢測(cè)速度與精度。

檢測(cè)過(guò)程中，該芯片首先根據(jù)細(xì)胞大小，利用磁場(chǎng)高效去除肺癌患者血樣中的白細(xì)胞，精準(zhǔn)捕獲CTCs，并使其形成單細(xì)胞陣列。隨后采用納米電穿孔技術(shù)，將一種新型四面體熒光探針快速準(zhǔn)確地遞送至活細(xì)胞內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)PD-L1基因調(diào)控的即時(shí)檢測(cè)。此外，通過(guò)與免疫T細(xì)胞共培養(yǎng)，芯片還能原位分析CTCs的增殖及表型變化，并將這些細(xì)胞行為與基因表達(dá)異質(zhì)性進(jìn)行深度關(guān)聯(lián)分析?！癗ICHE芯片集成了單細(xì)胞生物技術(shù)領(lǐng)域的多項(xiàng)前沿技術(shù)，使得檢測(cè)又快又準(zhǔn)?！背Ａ枨f(shuō)。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)單細(xì)胞的精準(zhǔn)操控，團(tuán)隊(duì)采用了光鑷技術(shù)結(jié)合微流控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)單細(xì)胞的精確捕獲、移動(dòng)與分離。這樣能確保從患者樣本中精準(zhǔn)提取出CTCs等目標(biāo)細(xì)胞，同時(shí)有效剔除紅細(xì)胞、白細(xì)胞等非目標(biāo)細(xì)胞，讓捕獲效率由原來(lái)的90%提高到98%，為后續(xù)檢測(cè)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

“納米電穿孔技術(shù)則是利用直徑五六百納米的通道，將電場(chǎng)精準(zhǔn)引導(dǎo)到細(xì)胞上，基因探針可瞬間遞送至細(xì)胞內(nèi)。”常凌乾說(shuō)，相比傳統(tǒng)方法，這一技術(shù)將檢測(cè)時(shí)間從數(shù)小時(shí)縮短至1秒鐘內(nèi)，同時(shí)保證了探針遞送的準(zhǔn)確性。

在微小芯片上構(gòu)建完整的生物實(shí)驗(yàn)環(huán)境，離不開(kāi)芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)?！霸跈z測(cè)到細(xì)胞內(nèi)部基因變化后，芯片能夠進(jìn)一步通過(guò)單細(xì)胞操控技術(shù)在CTCs旁放置免疫細(xì)胞，并進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)的活細(xì)胞觀察?！背Ａ枨f(shuō)，這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)使研究者能實(shí)時(shí)觀察免疫細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞的相互作用，以判斷患者是否適合免疫治療，讓臨床預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率從約60%提升至90%以上。

未來(lái)應(yīng)用前景廣闊

為全面評(píng)估NICHE芯片在臨床上預(yù)測(cè)免疫治療效果的準(zhǔn)確性，常凌乾團(tuán)隊(duì)聯(lián)合北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院收集了80名非小細(xì)胞肺癌患者的外周血，通過(guò)檢測(cè)證明了該芯片捕獲CTCs并鑒定其基因和行為表型的能力。團(tuán)隊(duì)還對(duì)部分患者進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的用藥監(jiān)測(cè)，證實(shí)了該芯片在長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)中的適用性。

北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院副院長(zhǎng)吳楠介紹，目前，醫(yī)院正積極與常凌乾團(tuán)隊(duì)合作，努力構(gòu)建一項(xiàng)旨在篩選肺癌免疫治療潛在受益者的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。雙方計(jì)劃開(kāi)展大規(guī)模臨床試驗(yàn)，以期推動(dòng)肺癌治療的個(gè)性化進(jìn)程，有效減輕患者的醫(yī)療負(fù)擔(dān)。

“NICHE芯片在大規(guī)模應(yīng)用過(guò)程中面臨的主要挑戰(zhàn)是操作復(fù)雜且成本高昂?！背Ａ枨寡?，NICHE芯片集成了光鑷技術(shù)、微流控技術(shù)等，并配套使用光顯微鏡等高端設(shè)備，用它進(jìn)行檢測(cè)的成本相較于傳統(tǒng)組織活檢等手段顯著增加。為此，團(tuán)隊(duì)正探索在細(xì)胞操控、檢測(cè)及培養(yǎng)環(huán)節(jié)降低成本。

在提升檢測(cè)精準(zhǔn)度方面，當(dāng)前團(tuán)隊(duì)主要聚焦于PD-L1這一關(guān)鍵藥物靶點(diǎn)。為進(jìn)一步增強(qiáng)檢測(cè)準(zhǔn)確性，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃拓寬芯片的應(yīng)用范圍，增加可檢測(cè)的細(xì)胞基因突變靶點(diǎn)種類(lèi)。常凌乾說(shuō)，如果能同時(shí)檢測(cè)多個(gè)靶點(diǎn)，并將檢測(cè)準(zhǔn)確率提升至95%乃至98%，就有望實(shí)現(xiàn)檢測(cè)效能的飛躍式提升，進(jìn)而帶來(lái)更精準(zhǔn)高效的治療效果。(科技日?qǐng)?bào))

【編輯:房家梁】