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撰文：埃莱娜·沙特纳（Elaine Schattner）
翻译：冯志华
美国研究人员正在优化和测试一款可以监测癌症的小芯片，这种芯片只需要一小勺患者血液，就能取样并分析循环系统中的肿瘤细胞，而不需要对患者进行活组织切片检查。这种方法使个性化医疗的实现成为可能。
癌症的治疗往往就是在碰运气。尽管我们在肿瘤遗传学（cancer genetics）方面已经取得了诸多进展，但内科医生在面对一位具体的患者时，要做出诊断治疗方案所能依据的信息依然非常有限。接受治疗的患者只能祈求保佑，因为没有人知道这些疗法对他们是有用还是有害。
癌症治疗常常面临失败，这是因为不同的个体具有相异的遗传背景。在个性化癌症治疗中，内科医生可以根据每一位患者的具体情况，给出相应的治疗措施。例如，治疗结肠癌患者时常常要使用一种针对生长因子受体的特定抗体。尽管这种昂贵（每个月要花费将近10,000美元）的疗法延长了患者的生命，并使一些患者感觉好转，但该疗法发挥效力的前提是，患者体内的K-ras基因（一种决定肿瘤生长的信号基因）不能发生突变。因此，如果内科医生在为患者开药之前检查K-ras基因的突变状况，就能避免给不适合的患者开药，从而节省他们的花销，并消除可能带来的治疗副作用。
——埃莱娜·沙特纳
美国麻省总医院的一个研究小组或许已经找到了一种方法，可以更有效地实施个性化癌症治疗。这个小组正在优化和测试一款芯片实验室（lab-on-a-chip）。这种芯片只需要一小勺患者血液，就能取样并分析循环系统中的肿瘤细胞，而不需要冒着潜在危险对患者进行活组织切片检查。目前，这种危险的检查对许多患者来说是必不可少的。这种芯片的设计者是美国波士顿生物微电子机械系统资源中心的一个研究小组，设计组带头人穆罕默德·托纳（Mehmet Toner）说：“这种芯片让我们可以对癌症患者做出合理的判断。”他把这套新系统比拟成艾滋病的治疗方法——医生测量患者的病毒荷载以及T细胞数量，从而对治疗方案进行相应调整。他提议说：“对于癌症，我们也可以如法炮制。”
大多数肿瘤会把恶性细胞散播到血流中扩散到全身，有时候，这些细胞会在一个新的部位安营扎寨，从而产生新的肿瘤。在转移性癌症患者体内，这些循环肿瘤细胞（circulating tumor cell，CTC）在血液细胞中仅占极小一部分，通常不到百万分之一；如果病人体内的肿瘤仍处于早期阶段，还没有出现明确的转移，那么CTC在血液中的比例就会更低。这些研究人员意识到，尽管CTC十分稀少，但它打开了一扇潜在的窗口，透过它可以实时观察一个肿瘤的发生、发展过程。
这个研究小组采用了微流体技术（microfluidics technology）来捕获血液中那些罕见的细胞。这种技术是在过去25年里逐渐发展起来的，主要用于分析微量流体和气体。和其他微流体设备相似，这种CTC芯片也由一个带有微柱（micropost）的硅蚀刻芯片、一个用于封装流体和芯片的小室，以及一个空气压缩泵构成。这些微柱的作用就像微型试管，细胞与化学物质可在其中混合、黏附，并接受评估。
CTC芯片通过设计精巧的抽吸过程使血样缓缓流经芯片，依靠芯片上的78,000个微柱将癌细胞从普通血液成分中捕获分离出来。微柱外包裹着针对上皮细胞黏附分子（epithelial cell adhesion molecule，EpCAM）的抗体，几乎所有的癌细胞表面都有EpCAM，这种分子在指导细胞之间的相互黏附、信号传导以及迁移时发挥了关键作用。正常血细胞缺乏EpCAM，因此，当患者血样进入CTC芯片的小室中后，只有癌细胞会与抗体结合。
捕获癌细胞：芯片上的微柱外包裹着抗体，可与肿瘤细胞表面常见的一种蛋白结合。如上图所示，利用这一特点，微柱捕获了一个肺癌细胞。每个微柱的直径和高度均只有100微米。
研究小组在2007年12月20日出版的《自然》杂志上发表论文，介绍了对CTC芯片的第一次测试。他们使用的血样采自116名癌症患者，癌症类型包括肺癌、前列腺癌、胰腺癌、乳腺癌及结肠癌。CTC芯片成功分离得到了几乎所有血样中的CTC，只有一例失败。CTC芯片能够从10亿个血细胞中分离出仅有的一个癌细胞，灵敏度比目前使用最广泛的常规检测方法高出至少100倍，而且后者需要将大量血液样本与包裹着抗体的微珠放在一起培养，过程十分繁杂。CTC芯片分离得到的细胞，其状态也要比微珠法俘获的细胞更好、更利于分析。
在另一项试验中，这些研究人员利用CTC芯片评估了27位肺癌患者的肿瘤遗传学信息，试验结果发表在2008年7月24日的《新英格兰医学杂志》（ The New England Journal of Medicine ）上。他们从大多数患者的CTC细胞中鉴定出相关的基因异常，还指出一些患者体内出现了突变基因，导致患者对酪氨酸激酶抑制剂产生抗性，而该类药物正是患者在服用的。在过去，想要鉴定出这样的遗传改变，必须反复进行活组织检查。
美国得克萨斯大学安德森癌症中心的胸部肿瘤学家罗伊·赫布斯特（Roy Herbst）虽然没有参与这项研究，但他对这种芯片给予了高度评价，称“这会极大地提高我们监测患者的能力”。他还说，这种芯片提供了一种无创的方法来跟踪肿瘤细胞的数量和性质，从而“使个性化医疗的实现及更有效的治疗成为可能”。
托纳的合作者、麻省总医院胸部肿瘤中心主任托马斯·林奇（Thomas Lynch）指出，美国每年有21.5万人被确诊为肺癌患者，因此，迫切需要一种更好的诊断工具。在肺癌患者身上，即使是最小的活组织切片检查都要冒失血、感染的危险，有时甚至会导致受感染肺部完全丧失功能。
赫布斯特提醒说，这些发现还需要在其他医疗中心进行更大规模的临床试验加以进一步确认。目前研究人员正在麻省总医院的乳腺癌、卵巢癌及前列腺癌患者身上展开试验，对利用芯片衡量癌细胞生长及治疗效果的情况进行评估。
通过对血液中癌细胞的直接检测，CTC芯片或许还能发现新的治疗靶点，有助于确定癌症的转移何时及怎样发生。托纳认为，一旦这种芯片的有效性在更大规模的临床研究中得到证实，它的应用前景将充满无限可能。他评论说，CTC芯片未来将成为一种筛查工具，用来发现早期癌症，甚至“可能成为每年常规体检的检查项目”。