癌症如何被检测出来?

目前,癌症是威胁人类健康的主要问题。在中国,癌症的发病率与致死率急剧增长,2010年起癌症成为导致死亡的首要因素。2015年中国平均每天新增12000例癌症患者,平均每天死亡7500例。癌症患者大多数肿瘤患者死于转移性瘤而非原发瘤,而循环肿瘤细胞(CTC)是肿瘤转移的重要标志。

目前能够实现CTC定量检测的技术可分为两类:体外检测和在体检测。在体CTC检测方法实现了CTC的无创在体检测,有效避免了体外检测方法的弊端,在体检测方法包括:在体荧光流式细胞术(FFC),在体光声流式细胞术(PAFC)。

原理

FFC是用于标记CTC的荧光蛋白需要通过遗传学手段标记,过程繁琐且不适合临床应用。PAFC是利用CTC与血液背景的光吸收差异能够实现CTC的在体检测。相比于传统的CTC检测方法,PAFC可以无创、高灵敏地检测循环系统中的CTC数目,对肿瘤转移情况的监控及预后评估有重大的意义。CTC由于较强的光吸收产生强于血液背景的光声信号从而被检测出。

PAFC是基于光声效应的检测技术,即激光照射组织时,组织吸收光子能量产生热膨胀,向外辐射超声波,这是一个由光能转化成声能的过程。

光声流式细胞仪原理图 (左图:光分辨流式细胞仪的原理图;右图:声分辨流式细胞仪的原理图)

PAFC可以应用于红细胞、白细胞、CTC、植物叶脉管等研究。在癌症检测方面,PAFC可通过CTC数目评估癌症转移情况并通过实时杀死检测到的CTC达到治疗的目的。也有些研究表明通过检测肿瘤细胞的外泌体可以更早地检测到CTC。

对黑色素瘤CTC的实时检测与治疗

黑色素瘤CTC具有较高的黑色素分泌量。由于黑色素相对于血液中的血红蛋白在特定激光波段有明显的特异性吸收,PAFC可以实现对黑色素瘤细胞的在体实时无标记检测。

Wei等选用1064 nm脉冲激光对B16F10进行检测,证明了PAFC可以用于监测黑色素瘤细胞的转移情况;

Zharov等提出了双色PAFC无标记检测黑色素瘤CTC的方法,后来又提出提出了一种非线性光声信号检测的方法,表明非线性光声检测可以有效提高黑色素CTC的检测率;

Zharov等在2013年对一些外部干预是否会影响CTC的产生进行了研究,证明了一些医学过程会诱发CTC或促进CTC释放至血液循环中;

2016年Wang等提出了一套基于双波长的在体光声流式图像细胞仪系统,成功的实现了小鼠动脉和静脉中单个循环黑色素瘤细胞的无标记成像;

乳腺癌CTC的实时检测与治疗

对于具有内源性特异性吸收物质的细胞,PAFC可以选用特定波长实现细胞检测,获得可以与背景区分开来的明显光声信号。但是对于没有这类特征的待检测细胞,信号就难以被区分。此时需要一些外源物质标记,如具有光特异性吸收的纳米颗粒或光转换蛋白,增强待检测细胞的光声信号。随着研究不断深入,采用带有抗体的磁性颗粒进行靶向标记CTC的实验陆续开展起来,并具有较好的检测效果。

Zharov等利用双色PAFC实现了双色纳米颗粒标记的乳腺癌CTC的检测;

为了能够优化癌症的早期检测,Zharov等研究了利用癌症相关颗粒包括外泌体作为早期诊断标记物,可以实现更早期的癌症转移检测;

Zharov等发现了一种新的光热开关纳米颗粒,这种颗粒随着特定光的照射,吸收峰会发生可控的、可逆的偏移。可用于区分血液中新出现的CTC和血液中已检测过的CTC,克服了传统CTC检测和成像的缺点,对于CTC转移机制的研究有重要意义。

总结

肿瘤干细胞与肿瘤的生长和转移有密切关系,同时它在循环系统中数目非常少,传统检测方式难以检测。Zharov等提出了结合光热技术的PAFC系统,使用GNTs增强光声和光热信号,实现了肿瘤干细胞的检测与清除。

但是,PAFC由动物实验推向临床面临着巨大挑战。目前的实验研究正在努力将检测参数逐渐靠近人体检测参数,通过设计手环等方式实现PAFC在人体的CTC无标记检测。对于PAFC的未来发展方向,将寻找低毒性的纳米探针靶向CTC解决在无标记检测CTC中的假阴性信号问题,并结合PT等更多的技术实现血管中CTC的在体高效检测与实时诱导凋亡。

文章信息:
杨萍,魏丹,庞恺,王麒炎,周泉雨,魏勋斌. 在体光声流式细胞术在循环肿瘤细胞检测中的研究进展[J]. 激光与光电子学进展, 2017, 54(9): 090001