利用功能化的生物亲和性循环肿瘤细胞（CTC）过滤膜，从大量乳腺癌患者的全血中快速富集和检测循环肿瘤细胞

《International Journal of Cancer》：Fast enrichment and detection of circulating tumor cells from large volumes of whole blood of breast cancer patients utilizing a functionalized bioaffinity CTC filtration membrane

循环肿瘤细胞（CTCs）液体活检分析新技术。开发镍基功能化过滤膜，实现40ml全血快速（<1分钟）CTCs富集，较CellSearch?系统效率提升。临床验证显示20例乳腺癌转移患者中19例CTC计数≥5/7.5ml与CellSearch?一致，且膜系统处理体积更大（40ml vs 7.5ml），更适合低丰度CTC检测。

　　在癌症研究和临床诊断领域，液态活检（liquid biopsy）作为一种非侵入性手段，正逐渐成为肿瘤监测和个性化治疗的重要工具。其中，循环肿瘤细胞（circulating tumor cells, CTCs）作为关键的生物标志物，因其能够反映肿瘤的生物学特征、转移潜力及治疗反应而备受关注。然而，CTCs在血液中的浓度通常非常低，且存在显著的异质性，这给其检测带来了极大的挑战。现有的CTC富集技术往往受到样本体积限制，影响了对低频CTCs的检测能力。为了解决这些问题，研究人员开发了一种新型的镍基过滤膜，结合了生物亲和性和尺寸依赖性的CTC富集机制，实现了快速、高效的CTC捕获，并且能够处理更大的血液样本体积。

这项研究的核心在于设计和验证一种新型的镍过滤膜，该膜能够快速富集CTCs，并且适用于多种血液样本，包括常规血液样本和诊断性白细胞分离液（diagnostic leukapheresis products, DLA）。与传统的CTC富集方法相比，这种新型过滤膜在处理血液样本时展现出显著的优势，不仅大大缩短了过滤时间，还能够有效提高高体积样本的处理能力。实验结果显示，这种新型膜在处理7.5 mL血液时仅需40秒，而其他系统通常需要更长时间。此外，该系统能够在2.5分钟内处理高达40 mL的血液样本或2×10^8个有核血液细胞，这为研究CTCs的生物学特性以及在临床中的应用提供了新的可能性。

为了评估这种新型过滤膜的性能，研究人员将其与美国食品药品监督管理局（FDA）批准的CellSearch?系统进行了比较。在20名转移性乳腺癌（metastatic breast cancer, mBC）患者的血液样本中，CTCs在19/20个样本中被检测到，且在使用两种方法时，CTC的数量和分类结果基本一致。这表明，新型镍膜在CTC富集和计数方面具有与CellSearch?相当的准确性和可靠性。此外，通过使用荧光标记的细胞进行实验，研究人员还验证了该膜在处理不同分子亚型的CTCs时的有效性。在不同的实验条件下，该膜能够回收大量形态完整的CTCs，同时也能够检测到细胞外囊泡（extracellular vesicles, EVs）和凋亡细胞，显示出其在复杂样本处理中的广泛适用性。

研究还涉及了CTC富集的优化过程。通过调整膜的孔径大小和功能化方式，研究人员确定了最佳的富集参数。结果显示，较小的孔径有助于提高CTCs的回收率，但同时也可能增加血液样本堵塞的风险。因此，在实际应用中，研究人员选择了5.5–6 μm的孔径范围，以在保证回收率的同时避免膜堵塞。同时，通过结合生物亲和性标记（如EpCAM和EGFR抗体）和物理过滤机制，该膜能够有效捕获具有不同表面特征的CTCs，从而提升了其在多种癌症类型中的适用性。

在临床样本的处理过程中，研究人员发现，新型过滤膜在某些情况下能够检测到比CellSearch?系统更多的CTCs，尤其是在处理较大体积的血液样本时。这种富集能力的提升，使得研究者能够在低肿瘤负荷的患者中更有可能检测到CTCs，从而更全面地评估疾病状态和治疗效果。然而，研究也指出了一些局限性，例如，该膜在某些情况下对非完整CTCs的回收率较低，这可能影响对肿瘤异质性和治疗反应的深入分析。此外，虽然该膜能够有效富集CTCs，但在处理某些特定类型的癌症细胞时，如小细胞肺癌细胞，其回收率仍然有限，这可能与细胞的尺寸有关。因此，进一步优化膜的孔径和表面功能化可能有助于提高其在不同癌症类型中的适用性。

为了验证该膜在分子层面的应用潜力，研究人员还进行了数字PCR（digital PCR, dPCR）分析，以检测CTCs中的特定基因突变。结果表明，即使在较高的白细胞背景干扰下，该膜仍能够成功捕获并检测到具有临床意义的基因突变，如PIK3CA的E545K突变。这表明，该膜不仅适用于CTC的形态学分析，还能够支持更深入的分子生物学研究，为个性化治疗和疾病监测提供了重要的信息。

总体而言，这项研究为CTC富集技术提供了一种新的解决方案，其结合了生物亲和性和物理过滤的优势，能够在短时间内处理大量血液样本，并保持较高的检测准确性。这种技术的出现，不仅有助于提高CTC检测的效率和可靠性，还为未来的癌症研究和临床应用开辟了新的方向。尽管仍存在一些局限性，但其在处理高体积样本和快速富集方面的优势，使其成为一种极具前景的工具。未来的研究可以进一步优化该膜的性能，以适应更多类型的癌症细胞，并提高对非完整CTCs的捕获能力，从而更全面地揭示CTCs的生物学特性及其在疾病诊断和治疗中的应用价值。