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CTC富集與單細胞測序技術賦能癌癥研究

循環腫瘤細胞及其異質性

腫瘤細胞可以從腫瘤灶脫落進入血液循環，稱為循環腫瘤細胞 （Circulating Tumor Cells，CTC），血液中CTC的數量通常非常稀有，每107個白細胞的CTC計數通常在1~100。CTC稀有性為其檢測帶來了很大挑戰，利用表型和生物學屬性有助于富集并最終在外周血細胞中分離CTC。

腫瘤異質性是指腫瘤經過多次分裂增殖后，在生長過程中出現的子細胞基因組、蛋白質組和基因表達的差異，這些差異可以導致表型和特征的差異，例如生長速度、侵襲能力、藥物敏感性和預后。異質性是惡性腫瘤的特征，腫瘤異質性可以讓腫瘤細胞適應腫瘤微環境的變化，促進腫瘤抵抗和進展。

CTC異質性分析的意義

CTC表型具有明顯異質性，可分為不同CTC亞群，這為CTC賦予不同的轉移潛能。CTC包含非常異質的細胞群，反映了腫瘤內的多樣性，其中只有某些細胞是腫瘤轉移的渠道。CTC的轉移群體具有獨特的生物學特征，由于轉移相關基因的遺傳和轉錄改變，致其可以自行傳播、存活和播種。此外，CTC的微環境是一個復雜的網絡，涉及各種細胞類型和可溶性成分。

CTC 的深入表征不僅能提供循環腫瘤 DNA （ctDNA） 未發現的腫瘤異質性的見解，還顯示出以無創方式診斷和管理癌癥患者的前景。在臨床應用方面，除 CTC 計數之外，許多研究已經證明了 CTC 分子分析在預后預測、患者分層和疾病監測方面的效用。CTC 也是一種非侵入性工具，用于研究進展性癌癥的突變景觀。CTC 的單細胞分子分析為鑒定靶向治療耐藥機制提供了一種新的預后方法。

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

單細胞測序技術及應用

單細胞測序（Single-cell Sequencing)技術以單個細胞為單位，通過對單細胞遺傳物質擴增、標記、建庫和測序，最后對單個細胞基因組或轉錄組展開數據分析。單細胞轉錄組測序（或“單細胞RNA測序”, scRNA-Seq)于2018年被Science雜志評為十大科技突破之首，目前已成為最廣泛應用的單細胞測序技術。

應用單細胞測序技術對腫瘤微環境、腫瘤轉移、腫瘤免疫及耐藥的研究，已經成為腫瘤學最熱門的研究方向。近年來對驅動腫瘤進展和轉移的分子變化的理解有所提高，實體瘤的臨床治療朝著更加個性化的方向發展。確定癌癥發生和發展的基因組驅動因素有助于新一代治療方法如靶向藥物的臨床開發，這些藥物通常靶向控制癌細胞增殖和其他生存機制的基因產物。然而，這些靶向治療常常通過癌基因突變或旁路信號通路的激活而導致治療抵抗。因此腫瘤異質性分析，尤其對腫瘤進行單細胞層面的分析非常重要。

單細胞測序技術在腫瘤研究的應用優勢

一般來說，腫瘤組織的高通量測序分析是基于對數百萬個細胞的混合樣本的分析，它反映了細胞的整體基因組特征，但忽略了腫瘤細胞的異質性，容易忽略樣本中低豐度但功能重要的細胞，單細胞測序技術的出現很好地解決了這個問題。此外，由于腫瘤的大小和位置因素，使用組織活檢有時不可行。分析單個CTC和細胞簇（CTM）成為一種有效策略，對CTC進行全基因組單細胞RNA測序和DNA測序，能有效助力實體腫瘤患者的CTC異質性和靶向治療耐藥機制研究。

單細胞測序可用于研究外周血CTC等稀有細胞、腫瘤原發灶和轉移灶、轉移淋巴結中單細胞基因組、轉錄組和表觀遺傳組的差異，減少腫瘤異質性的干擾。目前，單細胞測序已廣泛應用于乳腺癌、結直腸癌、惡性黑色素瘤、肺癌和前列腺癌等腫瘤研究，為了解腫瘤發生和發展的生物學過程提供了新的視角。

基于CTC單細胞測序的研究案例

許多研究已經發現上皮-間充質轉化（EMT）與各種癌癥中獲得干細胞特性之間的聯系。除此之外，一些研究還通過在各種類型癌癥的單個和聚集的CTC上檢測到的免疫檢查點蛋白程序性死亡配體1（PD-L1）的表達，強調了CTC在免疫逃逸機制中的作用。在解決細胞異質性的同時，單細胞方法可以將 CTC 亞群分析與癌細胞表型、轉移、患者預后和耐藥性聯系起來。Cheng等人對CTC 進行了 scRNA-seq，確定了激素和靶向治療的乳腺癌藥物靶點，并追蹤了表達癌癥干細胞 （CSC） 標志物以及上皮/間充質細胞狀態轉變標志物的單個細胞，這些細胞的轉錄組分析為監測靶點治療藥物和腫瘤轉移過程提供了見解。

CTC 中常見分析的基因組變異及其臨床影響

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

天爍單細胞分析平臺

天爍已經開發建立了基于物理、免疫學CTC分離和富集平臺、單細胞水平的表型表征和基因組分析技術平臺。天爍自主知識產權的基于微流控技術的細胞分選儀，能有效富集和分離血液樣本中的CTC等稀有細胞（CTC、PBMC、淋巴細胞等細胞類型均支持），然后通過免疫熒光成像分析對稀有細胞進行鑒定，通過高自動化的單細胞挑取設備，精準挑取到研究目標樣本。前期研究已證明，在單細胞測序之前，通過微流控細胞分選平臺可以更高效的捕獲CTC等稀有細胞，從而