壹 液體活檢背景介紹

　　近年來,，腫瘤診療技術(shù)已取得很大進步,，但是癌癥依然是導致人類死亡的主要因素,。癌癥轉(zhuǎn)移是造成癌癥患者死亡的重要因素,，同時轉(zhuǎn)移過程相對復(fù)雜,，增加了癌癥診療的困難,。因此,，對于癌癥,，做到早期診斷,、實時監(jiān)測和準確預(yù)后是非常關(guān)鍵的,。

　　目前，傳統(tǒng)的組織活檢方式存在很多問題,，如：成本高,、取樣難、創(chuàng)傷大等,，且難以做到“早篩查,、早治療”。隨著生物技術(shù),、分子技術(shù)和納米技術(shù)的發(fā)展,，一系列新型技術(shù)被應(yīng)用到癌癥的診療中。液體活檢作為體外診斷的前沿領(lǐng)域,，涵蓋非侵入式取樣,，檢測腫瘤或轉(zhuǎn)移灶釋放到血液中的循環(huán)腫瘤生物標志物(CTCs、Exosomes和cNAs),，為監(jiān)測腫瘤動態(tài)及個體化治療提供新的方式,，受到人們的關(guān)注(圖1)。

　　圖1：癌癥的形成(A),、轉(zhuǎn)移(B)及循環(huán)腫瘤標志物的特點(C)

　　貳 微流控技術(shù)的應(yīng)用分析液體活檢背景介紹

　　1 微流控技術(shù)概述

　　微流控技術(shù)是一種在微米尺寸級別下處理或操縱液體的技術(shù)手段,，將混合器、執(zhí)行器,、反應(yīng)器,、分離器、傳感器等集于一體,，從而優(yōu)化檢測過程,。其涉及到電子、機械,、化學,、物理和生物等多門學科,，具有通量高、靈敏度高,、樣本分析時間短,、樣本量少、可控性強等優(yōu)勢,，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代分析化學,、藥劑學、細胞生物學,、遺傳學等諸多研究領(lǐng)域,。也正是基于以上多種優(yōu)勢，微流控技術(shù)為探索液體活檢中的循環(huán)腫瘤生物標志物檢測打開通道,，為癌癥的早期診斷與治療提供新的有效手段,。

　　2 應(yīng)用分類介紹

　　1) 循環(huán)腫瘤細胞(CTCs)檢測

　　循環(huán)腫瘤細胞(CTCs)是指從原發(fā)腫瘤或者轉(zhuǎn)移灶的邊緣脫落進入癌癥患者外周血循環(huán)的腫瘤細胞，其不僅攜帶了腫瘤細胞的全部基因組并且在癌癥病變早期就已經(jīng)存在于外周血循環(huán)中,，因此CTCs被作為癌癥研究的重要對象和癌癥早期診斷,、療效評估的重要標志物，可實現(xiàn)實時非侵入式的監(jiān)控癌癥的發(fā)展變化及治療效果,。

　　近年來,，CTCs的分離與純化技術(shù)不斷發(fā)展，但由于CTCs的腫瘤異質(zhì)性及稀有性(每107-109個血液細胞中僅有1-10個CTCs),，分離與純化CTCs面臨巨大挑戰(zhàn),。微流控技術(shù)平臺因其集成度高、設(shè)計靈活,、材料通用性強和自動化程度高,，被廣泛應(yīng)用于CTCs的分離純化中。

　　目前,，基于微流控技術(shù)分離CTCs的方法大致分為兩大類：無標簽技術(shù)和免疫親和技術(shù)(圖2),。前者是建立在物理性質(zhì)基礎(chǔ)上分離目標細胞，如大小,，密度,，形狀，變形性和介電性能,，而后者主要利用靶細胞的生化特性,，通過細胞表面特異性表達的蛋白質(zhì)生物標志物(主要分為anti-EpCAM正向捕獲法與anti-CD45負向富集法)分離靶細胞(圖2)。

　　圖2：微流控系統(tǒng)分離CTCs的方法

　　基于免疫磁珠分離富集CTCs是最常用的方法,，具有高靈敏度和高特異性,。美晶醫(yī)療自主研發(fā)的基于微流控技術(shù)的CTCs檢測平臺CellRichTM,，可以通過癌細胞表面抗原和共軛偶聯(lián)到磁珠上的抗體間的相互作用,，高效富集CTCs,。當血液流經(jīng)該微流體裝置時，其他血細胞在流體力學的作用下被分離出去,，與免疫磁珠結(jié)合的細胞會在磁場的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)進入分離富集通道,，以此達到對循環(huán)腫瘤細胞分離捕獲的目的。此法與傳統(tǒng)的物理分離方法相比,，具有較高的回收率與純化度(圖3),。

　　圖3：基于免疫磁珠分離CTCs的微流控系統(tǒng)

　　2) 外泌體檢測

　　循環(huán)腫瘤外泌體是指由腫瘤細胞分泌的具有生物活性的囊泡小體，直徑為20-300nm,。不同來源的外泌體含有其獨特的脂質(zhì),、RNA、DNA和蛋白質(zhì)等,，可直接反映細胞的來源及進展,。外泌體廣泛存在于人體體液中，具有很高的豐度(每毫升血液中含有109-1012個外泌體),。因此對腫瘤來源外泌體的檢測和分析可以作為無創(chuàng)探究腫瘤來源與進展,，進而輔助腫瘤的早期診斷和指導腫瘤治療。

　　近年來,，外泌體作為腫瘤生物標志物成為無創(chuàng)活檢(液體活檢)的研究熱點,，但外泌體分泌是一種動態(tài)的過程，其在體液中實時變化,，且在腫瘤治療過程中也存在穩(wěn)定性問題,。因此，精確分離和分析外泌體仍然面臨巨大挑戰(zhàn)性,。與傳統(tǒng)的外泌體分離技術(shù)如超速離心法,，密度梯度離心法等相比，微流控技術(shù)在檢測自動化,、集成能力,、消耗時間、產(chǎn)物完整性,、純度,、回收率等方面具有很大優(yōu)勢，進而有利于外泌體的下游分析應(yīng)用,。

　　目前,，基于微流控技術(shù)分離純化外泌體的方法主要分為兩大類：囊泡大小(20-300nm)和表面生物標志物(如EpCAM、CD9,、CD63,、CD81)，且各有特點。前者建立在納米多孔結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,，實現(xiàn)快速高效捕獲外泌體,，但因外泌體的尺寸范圍在納米級別，因此對技術(shù)要求較高,，且可能受到飽和限制;后者利用免疫親和原理,，建立的微流控系統(tǒng)有抗體修飾微通道或免疫磁珠法(圖4)，具有高通量,、高靈敏度,，然而外泌體也具有與CTCs類似的異質(zhì)性，對于特定生物標志物低表達的外泌體捕獲效率不高,。

　　圖4：基于免疫親和原理分析外泌體的微流控系統(tǒng)

　　另外,，對于外泌體的研究雖發(fā)展迅速，但與CTCs相比,，市場上缺乏成熟的微流控檢測系統(tǒng),，在液體活檢領(lǐng)域，外泌體的研究應(yīng)用沒有CTCs廣泛和成熟,。因此,，為了更精準的定量和定性分析腫瘤來源外泌體，深入探究外泌體的物理與生物特性,，設(shè)計結(jié)合多個功能于一體的新型微流控系統(tǒng),，對于分離分析外泌體是至關(guān)重要的。

　　3) cNAs檢測

　　循環(huán)核酸(cNAs)是指血液循環(huán)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的DNA和RNA片段,?？梢酝ㄟ^非侵入性手段獲取cNAs，用于分析腫瘤的遺傳信息及表觀遺傳信息,?；虮磉_譜與腫瘤的發(fā)展及進展顯著相關(guān)。因此,，cNAs作為液體活檢重要的生物標志物,，可用于癌癥的早期診斷和療效評估。

　　鑒于現(xiàn)在檢測技術(shù)不成熟,，限制了腫瘤標志物cNAs的臨床應(yīng)用,。傳統(tǒng)提取分析核酸的方法，如電泳結(jié)合熒光染色技術(shù),，有一定的局限性,，勞動密集型和高成本，且分步操作容易導致樣品損失,。微流控系統(tǒng)集多種技術(shù)于一體,，一個設(shè)備可順序執(zhí)行多個操作，如樣品制備，反應(yīng),，分離,，純化和分析，減少樣本損失,，提高樣本純度,。

　　因此,，新型微流控系統(tǒng)可作為科研人員研究循環(huán)生物標志物的重要手段,，亦是檢測腫瘤生物標志物的未來發(fā)展方向。但是,，目前用于cNAs檢測的微流控系統(tǒng),，依然存在待解決的難題：a)常規(guī)提取核酸的過程是分步完成的，不能保證核酸片段的完整性,，易導致分析錯誤,，需要開發(fā)柔和、簡便,、快捷的提取核酸方法,，從而充分發(fā)揮基因圖譜分析及分子測序技術(shù)的強大功能。b)傳統(tǒng)的微流控系統(tǒng)只是單純的分離系統(tǒng),， cNAs分析,，需借助qPCR，數(shù)字PCR和測序平臺等,，而PCR方法有其內(nèi)在的限制,，如擴增錯誤，重復(fù)性差和擴增效率不同,。

　　圖5：分析cNAs的微流控系統(tǒng)

　　另外,，遺傳突變在不同腫瘤中的概況遠比我們所能想象的要復(fù)雜，存在嚴重的腫瘤異質(zhì)性,，使得通過解析cNAs輔助癌癥診療更加艱難,。這要求優(yōu)化現(xiàn)有微流控系統(tǒng)性能，結(jié)合基因特性,，開發(fā)更多高精準,、高效率、高集成度的微流控系統(tǒng),，從而更好地服務(wù)于液體活檢的臨床應(yīng)用,。

　　叁 結(jié)語

　　液體活檢作為一種新型的非侵入性的樣本獲取方法，為癌癥診斷與治療提供新的方式,。微流控技術(shù)因其具有高度集成化及時空操控性強等優(yōu)勢,，為液體活檢提供重要平臺，并吸引了科學界和生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)界的極大關(guān)注。

　　與此同時,，在臨床腫瘤診療的轉(zhuǎn)化應(yīng)用上,，腫瘤液體活檢依然面臨重重挑戰(zhàn)：

　　a)這三種腫瘤生物標志物的含量及其稀少，且存在腫瘤異質(zhì)性,，使得對其分離和純化非常困難,。克服這一挑戰(zhàn),，需要開發(fā)充分利用腫瘤生物標志物的物理學與生物學特性相結(jié)合的微流控平臺,。

　　b)高精準度、全自動化的基于微流控分離,、純化腫瘤生物標志物的系統(tǒng)多處于科研階段,，未被臨床廣泛應(yīng)用。

　　c)循環(huán)腫瘤生物標志物與微流控平臺之前的關(guān)系尚需完善,，為進一步推動靈敏度高,、重復(fù)性好的微流控系統(tǒng)的開發(fā)，需在多種癌癥患者中進行大量的臨床試驗,。

　　d)我們對腫瘤生物學的理解仍處于起步階段,。隨著不斷深入研究各種循環(huán)腫瘤生物標志物在腫瘤形成和發(fā)展中的作用，更強大,、更有效的商業(yè)化微流控系統(tǒng)將應(yīng)運而生,。

　　相信，未來,，在腫瘤液體活檢及個體化診療領(lǐng)域,，微流控技術(shù)將會發(fā)揮越來越重要的作用。