희귀 세포 캡처를 위한 다목적 마이크로어레이 플랫폼

Aug 09, 2023

Scientific Reports 5권, 기사 번호: 15342(2015) 이 기사 인용

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체액의 극히 낮은 빈도로 발생하는 드문 사건을 분석하는 것은 여전히 ​​​​어려운 일입니다. 우리는 대규모 배경 집단에서 단일 표적 세포를 캡처할 수 있는 다목적 마이크로어레이 기반 플랫폼을 구축했습니다. 사용 사례로 우리는 10억 개의 정상 혈액 세포 중 약 1개의 세포인 순환 종양 세포(CTC)를 검출하는 까다로운 응용 분야를 선택했습니다. 항체 칵테일과 함께 배양한 후 표적 세포는 미세유체 칩의 마이크로어레이에서 추출됩니다. 우리 플랫폼의 접근성을 통해 추가 분석을 위한 후속 표적 복구가 가능합니다. 마이크로어레이는 형광 라벨링 없이 검출을 허용하는 공동 위치화를 통해 위양성 캡처 이벤트의 배제를 용이하게 합니다. 우리의 플랫폼을 사용하여 암 환자의 혈액 샘플을 분석하면 최적의 표준 성능에 도달하고 부분적으로 능가하여 임상 적용 가능성을 입증했습니다. 임상 연구자들은 변경된 칩 제조 또는 인큐베이션 프로토콜 없이 항체 칵테일을 자유롭게 선택할 수 있어 포획 종에 대한 사실상 임의의 표적화를 허용하므로 생의학 과학에 널리 적용할 수 있습니다.

체액에서 극히 낮은 빈도로 발생하는 단일 세포의 특정 하위 집합에 대한 검출 및 분자 특성 분석은 진단 도구로서 생물의학에서 중요한 잠재력을 가지고 있지만 지난 10년 동안의 엄청난 노력에도 불구하고 기술적으로 여전히 매우 어려운 과제입니다. 혈액, 소변, 흉막액, 뇌척수액 또는 복수와 같은 체액은 의료 진단에서 중심 역할을 하며 혈액은 가장 널리 사용되는 정보 소스입니다. 세포 유래 분자(예: 단백질, 핵산 및 대사산물) 분석 외에도 혈액 내 순환하는 전체 세포 분석을 통해 DNA, RNA 및 단백질에서 특정 질병의 원인과 실제 상태에 대한 가장 복잡한 정보를 밝힐 수 있습니다. 수준. 기초 및 응용 연구에 적용할 수 있는 예로는 "액체 생검"으로 간주할 수 있는 암 환자의 순환 종양 세포(CTC)뿐만 아니라 면역 장애 또는 전염병1 환자의 말초 혈액에 있는 희귀 T 세포 하위 집합 분석이 있습니다. ”2,3, 지난 5년 동안 엄청난 관심을 불러일으킨 새로운 진단 개념45,6,7,8입니다. 원격 전이는 암 관련 사망의 주요 원인이며9 고형 원발 종양(예: 유방암)의 암세포가 혈류로 방출되면서 시작됩니다10,11. 이러한 CTC는 먼 기관(예: 폐, 간, 뼈 또는 뇌)에 정착하여 결국 전이성 병변을 형성할 수 있습니다. CTC 분석은 전이성 진행 생물학에 대한 중요한 통찰력과 암 전이 치료에 대한 새로운 관점을 제공합니다12,13. 그러나 혈액 샘플에서 CTC를 농축하고 식별하는 것은 수십 년의 연구 후에도 여전히 중요한 과제입니다. CTC와 혈액 세포의 비율은 약 1:109입니다(< 200 CTC/ml, 5 × 109 RBC/ml로 가정). ml, 7 × 106 WBC/ml)14. CTC에 대한 다양한 농축 전략은 상피 세포 접착 분자(EpCAM)를 표적으로 하는 양성 선택에 의존하며 다양한 미세유체 접근법이 개발되어 유망한 결과를 보여주었습니다. Anti-EpCAM 코팅 표면은 CTC를 고정시키는 세포막의 EpCAM 분자와 상호 작용하는 반면 혈액 세포는 시스템을 전달합니다. 포획된 세포에 대한 확인 및 추가 분석은 면역염색 또는 기타 접근법을 통해 수행됩니다5. 그러나 최근 연구에 따르면 EpCAM 음성 CTC도 암 환자의 혈액에서 발견되었기 때문에 EpCAM이 항상 신뢰할 수 있는 지표는 아닌 것으로 나타났습니다25,26,27. 균질한 항체 코팅 표면을 기반으로 한 접근 방식은 낮은 특이성으로 인해 실제 적용에 잠재적으로 비효율적입니다. 이러한 이유로 (i) 다양한 표면 에피토프를 쉽게 표적으로 삼을 수 있고, (ii) 높은 혈액량을 처리할 수 있고, (iii) 높은 특이성을 나타내고, (iv) 단일 허용이 가능한 CTC 포획 장치의 개발이 필요합니다. 세포 분석은 여전히 ​​까다롭지만 요구사항이 매우 높습니다.