用于ctc单细胞分析的微流体

科学家们不再相信细胞群是同质的，并显示出相同的分子特征，他们越来越多地将注意力转向单细胞及其之间的差异的研究。许多人认为，承认细胞之间的这种异质性是识别可能影响生物过程的微小但关键的变异的关键，这些变异在测量细胞群的体积平均值时可能会被忽略。这可能是在处理稀有细胞如循环肿瘤细胞时尤为重要(ctc)，以确保对疾病的全面了解。

研究ctc的价值

估计表明90%的癌症死亡都是由于转移性疾病ctc是一种从实体肿瘤中分离出来并通过血液和淋巴系统扩散的细胞，被认为在癌症中发挥了作用转移和继发性肿瘤的发展。因此它们很有前途多功能生物标志物，以了解癌症患者的诊断、预后及治疗方案。

许多研究表明CTC计数与癌症预后之间存在关联。2004年发表的研究证明了这一点ctc较少的乳腺癌患者总生存期较长比那些计数更高的人。其他癌症也有类似的发现，包括卵巢，前列腺癌而且膀胱．与组织活检相比，液体活检的侵入性更小，这也意味着ctc可以在连续的基础上进行分析，这可以用于监测治疗反应和耐药性的发展，有助于推动个性化医疗的发展。

研究ctc的挑战——大海捞针

尽管ctc有可能促进癌症患者的诊断和治疗，但它们的捕获和分析可能具有挑战性。要克服的第一个障碍是分离这些稀有细胞;只有在周围每茶匙血液含有5-50个ctc因此，隔离方法必须具有高度的选择性和敏感性。

第二个主要挑战是ctc的广泛异质性。表型不同的亚群可能不具有代表性原发肿瘤，或可能未被发现，这可能导致不准确的结果或不恰当的治疗选择。因此，需要敏感的单细胞方法，能够准确地分析来自单个ctc的基因组和蛋白质组学信息。

微流体技术在单细胞分离中的应用日益广泛

目前有分离单细胞的技术有很多例如ctc，包括流式细胞仪、流式细胞仪、微操作、激光微解剖和微流控设备。后者是一个特别有吸引力的选择，因为他们高通量，可集成，低成本，样品和试剂量小需要的。

单细胞的分离依赖于利用细胞物理特征的差异，如大小、可变形性、光学特性和惯性，或生物化学特性，如EpCAM和其他细胞表面标记的存在，在这两种方法中都使用了微流体设备。

ctc通常比白细胞大，一些微流体设备已经利用这一特征将它们从血液样本中分离出来。一种基于大小的隔离方法涉及使用无标签螺旋微流控装置以产生水动力，快速将ctc从血液中分离出来。除了生产成本低廉之外，该系统还显示了超过85%的加标细胞回收率。同样,一个声控微流体装置能够根据白细胞之间的大小和密度差异有效地从白细胞中分离ctc。这种基于声学的方法具有无标签、非接触和损伤小的优点，可以对细胞进行进一步的培养和下游分析。虽然这些方法对大小差异很大的细胞有效，但当细胞在物理上更相似时，它们的效果就不那么好了。

微流体装置，如CTC-Chip相反，他们致力于利用细胞之间的生化差异。CTC-Chip拥有一系列78000 μm大小的柱，表面涂有上皮细胞粘附分子(EpCAM)抗体，可在血液流经芯片时捕获ctc。重要的是，这种方法保持了细胞的活力，使进一步的下游分析成为可能，这可能是一些基于亲缘性的分离方法的问题。保持高水平的生存能力的重要性已经满足了技术的发展，使捕获的细胞易于分离，如使用a化学配体交换反应，以及不需要样品预处理的适体，允许更温和的释放，从而对细胞的损伤更小。然而，基于亲和力的方法可能仍然存在一些问题;即如何自信地选择要寻找的表面标记物，以及已经经历上皮-间充质转化的缺失细胞。

用于单细胞分析的微流体工具

为了克服测量群体平均值和识别样本异质性的限制，正在开发几种微流体方法，使细胞(如ctc)的基因组、转录组和蛋白质组学分析能够在单细胞水平上进行。2015年开发了两种类似的方法，inDrops而且Drop-seq通过对细胞进行基因条形码，可以同时测量单个细胞的基因表达。这两种方法都使用微流控装置将细胞和微小的珠子共同封装，将DNA条形码传输到液滴中，与以前的技术相比，可以实现更高的吞吐量和更低的成本。

类似的液滴条形码方法最近已开发用于单细胞蛋白质分析。Abseq使用带有DNA标签的特定抗体检测和定量单细胞中的蛋白质。这种方法的主要优点是低丰度标签(理论上每个细胞只有一个抗体)可以被放大和检测，并且复用是可能的。另一种实现多路复用的方法是最近发表在《自然通讯》上，详细介绍了微流体单细胞分辨率western blot，可以测量单个ctc中的多个蛋白质靶点。这种方法可以增加ctc的识别，并有助于个性化的癌症药物，同时克服其他方法所见的样本丢失等挑战。

展望未来

随着微流控技术的不断发展，这些设备的使用很可能在ctc等稀有细胞的分离和分析中变得更加普遍。希望更多地了解这些细胞的性质和特征能够改善癌症的检测和治疗，并有一天能够为患者提供真正个性化的治疗方法。