用于多发性骨髓瘤分诊的CD138表型分型的循环浆细胞免疫磁微流控分析技术

《Microchemical Journal》：CD138 phenotype-resolved immunomagnetic microfluidic profiling of circulating plasma cells for multiple myeloma triage

　　

龚亚汉|梁振伟|赵静|徐思|郭晓磊|傅文轩|杜川|王佳道|马远|张睿

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  用于捕获CD138阳性循环浆细胞的全血免疫磁微流控芯片。
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  在单个装置中实现样本富集、表型分选与荧光计数功能。
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  预先设定并通过盲法验证可解读的冷冻风险评分体系。
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  能准确区分新诊断的多发性骨髓瘤患者与健康对照组（AUC=0.91）。
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  一种用于监测多发性骨髓瘤并划分风险等级的微创液体活检工具。

引言

多发性骨髓瘤是一种异质性浆细胞恶性肿瘤，易复发且常累及多个器官，因此需要在疾病诊断、治疗反应评估以及病情进展过程中持续监测其活动情况[1]、[2]、[3]、[4]、[5]。目前，疾病评估主要依靠骨髓检测（形态学分析、流式细胞术以及下一代测序技术）以及血清蛋白检测（M蛋白检测、免疫固定电泳检测、血清游离轻链检测）[6]、[7]、[8]、[9]、[10]、[11]、[12]、[13]、[14]。骨髓检测虽能直接获取克隆性浆细胞的相关信息，但属于有创检查，且可能受到空间异质性的影响[6]、[7]、[8]、[9]、[10]。而基于血清的检测方法虽无创且易于实施，但只能提供间接检测结果，在涉及轻链异常或非分泌型疾病的检测中可能信息量不足[15]、[16]、[17]、[18]。正是这些局限性促使人们开始研究外周血检测方法，期望其在疾病诊断、治疗反应评估以及后续随访过程中提供补充性的细胞层面信息。

循环浆细胞曾被作为反映骨髓瘤负担及疾病进展状况的外周血液指标，但由于其在全血中的含量较低、存在背景干扰因素以及表型差异较大，因此难以将其常规应用于临床检测中[19]、[20]、[21]、[22]、[23]。此外，大规模的循环浆细胞计数可能会忽略那些具有重要诊断价值的亚群。因此，若能开发出一种可直接处理全血同时保留所捕获浆细胞相关事件表型信息的分析流程，便有望为现有的骨髓检测和血清检测方法提供有力补充。

本研究介绍了一种基于磁流体动力学亚型分选芯片的全血免疫磁微流控分析流程[24]。该分析方法通过CD138免疫磁标记技术，将不同CD138表达水平的颗粒负载差异转化为具有空间分辨率的捕获区域，从而无需经过离心预处理即可实现对CD138阳性循环浆细胞信号的表型分类定量分析。通过该分析流程，我们发现来自CD138^High和CD138^Med区域的细胞信号在区分疾病状态方面比来自CD138^Low区域的信号更具优势。因此，我们以高/中等表达区域的浆细胞以及疑似异常的浆细胞样事件特征作为核心输入数据，构建并通过盲法验证了一种可解读的冷冻全血风险评分体系，用于多发性骨髓瘤的初步筛查及长期病情监测。

章节摘要

研究设计与参与者

这是一项单中心的概念验证性质的方法学研究，旨在评估全血微流控免疫磁分析方法以及对应的可解读冷冻循环浆细胞风险评分在多发性骨髓瘤检测中的应用可行性。研究对象为2024年9月至2025年10月期间到北京首都医科大学朝阳医院就诊或住院的多发性骨髓瘤患者，这些患者被分为新诊断多发性骨髓瘤组与治疗后病情获得非常好的部分缓解组。

风险评分的构建与验证

对于基于细胞的初始分析模型，我们从不同区域检测到的细胞数量中提取了三个转换后的特征参数。其中，PC表示CD138^High+Med型浆细胞的数量，aPC则表示CD138^High+Med且CD45^?型的异常浆细胞样事件的数量。这三个特征的具体定义如下：f1 = log10(PC + 1)，f2 = log10(aPC + 1)，f3 = logit(aPC/PC)，其中f1代表转换后的CD138^High+Med型浆细胞总数量，f2代表转换后的CD138^High+Med且CD45^?型事件的数量。

表型分类的循环浆细胞指标与临床状态的关联

首先，我们对63名受试者（21名健康对照者、21名新诊断多发性骨髓瘤患者、21名治疗后病情获得非常好的部分缓解患者）进行了表型分类的亚型分选分析，该研究初始样本组的基线特征详见表S4。用于盲法验证的样本组的相关信息则列于表S5中，以便为独立模型的评估提供临床参考依据。在整个研究过程中，包括模型构建、验证以及长期随访阶段，共有30份治疗后病情获得非常好的部分缓解患者的样本被用于分析。

讨论

在本研究中，我们提出了一种端到端的方法学开发流程，可用于对多发性骨髓瘤相关的循环浆细胞信号进行微创的全血检测分析。这项技术的主要创新点在于采用了表型分类的免疫磁微流控捕获技术，能够将CD138阳性事件按照CD138表达水平的不同划分为不同的表型区域。这种表型分类能力使得后续分析得以实现——仅依靠大规模的循环浆细胞富集技术是无法完成这两项分析的：其一，可以识别出不同类型的aPC亚群。

结论

综上所述，我们开发了一种全血免疫磁微流控分析流程，可用于对多发性骨髓瘤患者体内CD138阳性循环浆细胞相关信号进行表型分类分析。通过将CD138免疫磁富集技术与预设的空间捕获区域相结合，该分析方法无需经过离心预处理即可直接对外周全血样本进行分析，同时还能呈现CD138相关颗粒负载的空间分布特征。这一设计相较于传统的大规模循环浆细胞检测方法具有更强的优势。

CRediT作者贡献说明

龚亚汉：文章撰写——审阅与编辑、文章撰写——初稿撰写、数据可视化、研究验证、方法设计、实验研究、正式数据分析、数据整理工作。梁振伟：文章撰写——审阅与编辑、文章撰写——初稿撰写、数据可视化、研究验证、方法设计、实验研究、正式数据分析。赵静：文章撰写——初稿撰写、数据可视化、研究验证、方法设计、实验研究、正式数据分析、数据整理工作。徐思：实验研究、正式数据分析、数据整理工作。郭晓磊：研究指导工作。

伦理考量

本研究使用了患者剩余的全血样本，无需获取患者的详细个人信息，所有数据均以匿名形式进行分析。本研究中对患者样本的使用已经过北京朝阳医院伦理委员会的审批（审批编号为2022-ke-48），在该委员会审核后，本研究无需取得患者的知情同意书即可开展相关检测工作。

利益冲突声明

所有作者均声明自己不存在任何可能影响本论文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。

致谢

本研究得到了以下机构的资金支持：北京市自然科学基金（项目编号为7262050）、北京市医院管理局临床医学发展专项资助基金（项目编号为ZYLX202137）以及国家自然科学基金（项目编号分别为52205312和52275200）。