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实例演示

第五节
液体活检实例演示

一、循环肿瘤细胞(CTC)检测
【适应证】

1.非肌层浸润性膀胱癌(NMIBC)危险度分层、疾病复发及进展预测,进一步综合治疗必要性评估。

2.肌层浸润性膀胱癌(MIBC)的复发或进展情况监测,根治性手术及综合治疗的效果评估。

3.转移性膀胱癌治疗效果评估(对于评估肿瘤突变、寻找药物突变靶点、评估治疗效果和耐药的应用还需研究验证)。

【禁忌证】

一般情况下无绝对禁忌证,需排除以下两点:

1.凝血功能障碍。

2.对抗体及药物存在过敏反应。

【所需器材清单】

目前,主流的CTC捕获技术有先捕获后检测和体内探针法(不采集)直接检测,以下分别以CellSearch和CellCollector作为两种技术代表举例。

1.CellSearch 所需器材清单

传统的CellSearch体外捕获技术是免疫亲和法,通过肿瘤表面特异性表达的抗原与抗体结合。

所需材料包括:抗上皮细胞黏附分子(EpCAM)抗原抗体(对癌细胞的阳性选择),患者血液(3~10ml),涂有抗EpCAM抗体的铁颗粒,磁场(以捕获铁颗粒结合细胞),4,6-二氨基-2-苯基吲哚(DAPI)、荧光标记抗体(染色技术标记癌细胞)。

2.CellCollector所需器材清单

在传统的CellSearch基础上,通过利用其物理(尺寸、密度、电荷、可变形性)和生物学(细胞表面蛋白表达、活性)特性的不同进行体内富集和检测。

(1)物理性质所需材料包括尺寸(膜过滤装置)、可变形性(芯片中的微流体系统)、密度(Ficoll离心)和电荷(介电泳)。

(2)生物学特性基于细胞表面标志物的表达,包括上皮细胞黏附分子(EpCAM)的阳性富集和CD45的阴性富集,所需材料包括:与磁珠偶联的抗EpCAM或抗CD45抗体(用于在磁场中富集CTCs);微柱或纳米柱上连接抗-EpCAM抗体,抗-EpCAM抗体偶联3μm的磁珠(以更利于离心分离CTC),不同尺寸纳米颗粒上的抗-EpCAM、抗-HER2 /neu、抗-EGFR抗体(用于捕获和检测不同的CTC)。

【团队要求】

1.明确把握CTC检测适应证,能正确解读CTC检测报告并与临床实际相结合的医师团队。

2.熟悉CTC血样采集及处理规范流程的护理团队。

3.擅长CTC样本处理、检测操作流程,并能做出正确CTC结果判读及报告的研究团队。

【操作步骤】
CellSearch

1.采集 将收集的3~10ml外周血置于含有EDTA和细胞保护剂的试管中。

2.采集血处理 将试管进行4℃,3 000rpm,离心10min,取中上层稀释液。

3.捕获 基于免疫亲和原理,结合抗体或多态的免疫纳米磁珠捕获CTC(CTC用CK8,CK18和CK19抗体染色,CD45阳性染色细胞被认为是白细胞,并被排除在分析之外)。

4.通过磁场作用,将磁珠捕获及未捕获的细胞分离开(施加磁力以分离磁珠结合的EpCAM阳性细胞)。

CellCollector

1.通过留置针将CellCollector置于静脉血管中

CellCollector体内CTC检测技术检测原理与CellSearch类似,但在体内未进行采集过程,使用的EpCAM抗体特异性捕获CTC,首先均运用留置针将功能区置于肘静脉血管中。

2.体内静置30min以捕获CTC

在采集过程中,功能区将在血管中停留30min。

3.免疫荧光染色计数

进行显微免疫荧光特征分析,FITC标记细胞角蛋白CK抗体,CD45标记A647荧光基团,Hoechst对细胞核进行特异性染色,同时结合形态学鉴别循环上皮细胞,以确保捕获方法的特异性及灵敏度。

4.下游检测

捕获的CTCs经定位和分离后,可以进行后续的探索与应用研究(进一步分子分型和基因分型可有助于将“液体活检”应用于临床决策),检测灵活方便,可以在治疗过程中动态地多次进行检测。

5.结果判读及分析

判定标准:循环肿瘤细胞的判定标准为CKs(+),Nuclear(+),CD45(-);白细胞判定标准为CKs(-),Nuclear(+),CD45(+)。

【要点解析】

1.CTC是存在于外周血中各类肿瘤细胞的统称。通过捕捉检测外周血中痕量存在的CTC,监测CTC类型和数量变化的趋势,可实时监测肿瘤动态、评估治疗效果,实现实时个体治疗。

2.大量研究表明,CTC以不同形态存在于外周血中,既有游离的单个CTC,也有聚集成团的细胞团(circulating tumor microemboli,CTM)。因自发或诊疗操作从实体肿瘤病灶(原发灶、转移灶)脱落,大部分CTC在进入外周血后发生凋亡或被吞噬,少数能够逃逸并锚着发展成为转移灶,增加恶性肿瘤患者死亡风险。

3.对于MIBC,cT 2 -T 4a N 0 M 0 ,拟进行根治性膀胱切除术的患者,CTC在判断患者预后的基础上,能够有效弥补传统影像学检查的不足,亦可筛选新辅助化疗敏感的患者,对新辅助化疗效果进行监测。

4.对于转移性的尿路上皮癌,CTC可以评价一线化疗效果并检测PD-L1的表达,或许可应用于免疫治疗的监测。

二、循环肿瘤DNA(ctDNA)检测
【适应证】

1.在NMIBC中,ctDNA用于T 1 G 3 的NMIBC危险度分层、疾病复发及进展预测;尿液肿瘤DNA(urine tumor DNA,utDNA)可用于膀胱肿瘤早筛、NMIBC患者复发的动态监测等。

2.在MIBC中,ctDNA可用于预测根治性膀胱切除术和综合性治疗反应,评估辅助治疗的必要性,以及监测复发或进展等;对于行保留膀胱治疗的MIBC患者,utDNA也可作为监测复发与进展的指标。

3.在转移性膀胱癌中,ctDNA被建议用于评估肿瘤突变、寻找药物突变靶点、评估治疗效果和耐药情况。

【禁忌证】

无特殊禁忌证。

【所需器材清单】

1.数字聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)方法所需器材:EDTA管、ctDNA提取试剂盒、ddPCR分析仪及ddPCR反应体系配置相关试剂。

2.NGS方法所需器材:EDTA管、ctDNA提取试剂盒、NGS测序建库试剂盒、NGS测序平台(Illumina常用)及测序相关试剂。

【团队要求】

1.明确把握ctDNA检测适应证,能正确解读ctDNA检测报告并与临床实际相结合的医师团队。

2.熟悉ctDNA血样采集、储存、处理规范流程的护理团队。

3.擅长ctDNA样本处理、检测操作流程、具有ctDNA高效检测设备,并能做出正确ctDNA结果判读及报告的研究团队。

【操作步骤】

由于ctDNA在总血浆cfDNA中的检出率较低,ctDNA分析具有挑战性,需要灵敏的检测技术。ctDNA检测方法目前大致可分为两种,一种以PCR为基础扩增,另一种高通量测序为基础检测。第一种方法随着数字PCR方法(droplet digital PCR,ddPCR)的出现,进一步提高了ctDNA的检出率。这项技术的缺点是生产液滴的过程既耗时又困难。另一种ctDNA检测技术方法是第二代测序(next generation sequencing,NGS)为基础的检测方法。根据富集策略的不同,基于NGS的技术目前又可分为靶向扩增子测序(targeted amplicon sequencing,TAS)及目标序列捕获测序(target sequence capture sequencing,TCS)。此外,还有全基因组测序、全外显子测序、全基因组甲基化测序等。基于NGS技术的检测方法灵敏度高,能同时检测多个基因的多种变异,可用于检测未知突变。但是其技术复杂,数据处理相对困难,费时且价格相对昂贵。

以下以目前常用的ddPCR检测ctDNA的方法讲解ctDNA检测流程:

1.选择合适患者,并予血液标本留取,分离离心,弃去沉淀,留下血浆。

2.使用循环游离DNA提取试剂盒提取血浆循环游离DNA。

3.循环游离DNA的富集:将水相和油相混合、振荡配成PCR反应体系并进行乳液PCR扩增,分离水相和油相,得到水相的PCR扩增产物,使用特异性结合循环肿瘤DNA的探针序列捕获所述水相的PCR扩增产物中的循环肿瘤DNA。

4.配置ddPCR(数字PCR)反应体系:将DNA样品、引物和探针/EvaGreen染料与ddPCR预混液混合。

5.微滴制备:将ddPCR反应体系添加至微滴发生器芯片小孔。

6.进行微滴PCR:将微滴转移至PCR反应板中,并密封。

7.微滴分析:将PCR反应板转移至微滴分析仪上,分析每个样品微滴的荧光信号,软件根据阴性微滴的比例,结合泊松分布原理,定量ctDNA浓度。

8.对ddPCR结果进行分析,对ctDNA进行定性及定量。

9.根据检测结果,结合患者临床实际病情,予以诊断及治疗策略制定。

【要点解析】

1.ctDNA是cfDNA中最重要的一部分,是进入血液循环系统中的来自肿瘤的DNA片段,携带了肿瘤细胞多种基因信息。

2.ctDNA结合传统组织学病理诊断、影像学诊断、临床诊断等,有助于对肿瘤疾病状态的全面综合评估,精准判断患者肿瘤转移状态及生物学特性,有助于精准治疗。

3.ctDNA的定量分析可用于评估肿瘤负荷,在膀胱癌诊疗过程中对ctDNA动态定量分析,有助于早期判断疾病是否复发和进展。

4.ctDNA中携带了突变、插入、缺失、重排、拷贝数异常和/或甲基化等基因信息,对膀胱肿瘤ctDNA突变信息的检测,有助于判断患者对化疗、靶向治疗、免疫治疗等的敏感性。尤其在无法获得组织样本的转移性膀胱癌患者中,有助于判断转移灶生物学特性,指导选取有效的治疗药物。

5.目前ctDNA仍然是科学研究热点,其仍然存在检测率较低、假阳性率较高等缺点,需要进一步革新检测技术,进一步开展相关研究。

三、外泌体检测
【适应证】

1.外泌体技术在膀胱癌临床中的应用尚处于早期阶段。

2.外泌体可用于膀胱癌早期筛查,用于NMIBC侵袭转移、危险度及预后评估。

3.在MIBC中,外泌体技术可能可用于判断肿瘤侵袭性和转移能力,并评估患者预后。

4.在mUC中,外泌体技术可用于评估转移灶生物学特性。

【禁忌证】

无特殊禁忌证。

【所需器材清单】

外泌体成分多样,提纯及检测方法多样,根据提纯及检测方法,所需器材不同。

【团队要求】

1.目前外泌体检测还未正式进入临床实践,需要医师团队把握外泌体性质特点开展相关研究,需符合伦理委员会规定,同时对研究结果谨慎判断,不得盲目用于临床实践。

2.目前外泌体检测方法多样、分析方法多样、分析内容繁杂,需要有专业的熟练掌握外泌体相关研究方法的科研团队,与临床医师紧密合作,正确解读外泌体研究结果。

【操作步骤】

外泌体分离方法丰富多样,目前无标准方法:

1.超速离心法 依据密度特性通过超高速离心,将外泌体从生物流体中分离出来的方法。

2.超滤法 根据特定截留分子量的超滤膜,将粒径较大的外泌体从生物流体中分离出来的方法。

3.排阻色谱法 当生物流体通过排阻色谱柱时,不同分子量的颗粒或分子会因流速不同而被分配到不同馏分中,可用于外泌体的纯化。

4.免疫磁珠法 通过将涂覆有抗标记抗体的磁珠和外泌体结合,可以选择性分离外泌体。

5.聚乙二醇沉淀法、微流控芯片技术等其他方法。

外泌体分析方法需根据分析成分,采用不同分析技术:

1.外泌体形态分析 使用透射电镜,对单个外泌体形态进行鉴别。

2.外泌体蛋白质分析 蛋白质印迹、流式细胞仪、ELISA或质谱技术可用于分析外泌体中蛋白质。

3.RNA分析 二代测序可用于了解外泌体中RNA组成,对于一致的RNA可以通过qPCR方法进行验证。

4.DNA分析 PCR、微阵列技术可用于已知DNA序列,二代测序可用于发现新的序列。

5.代谢分析 外泌体中还包含脂质、糖、氨基酸等小分子,代谢物变化分析可用于评估其来源的肿瘤代谢。

【要点解析】

1.外泌体携带了母细胞来源的蛋白质、RNA、DNA,提供了一种实时动态监测疾病状态的新方法,外泌体和ctDNA、CTC共为液体活检三驾马车。

2.外泌体携带信息量介于CTC与ctDNA之间,其包含组分多样,肿瘤相关信息丰富,同时因外膜的存在,其内含物状态更加稳定。

3.ctDNA只能反映肿瘤基因组信息,而CTC虽然携带信息量最大,但其检测丰度较低。外泌体携带信息丰富,且其丰度适合,在肿瘤异质性分析、肿瘤预后标志物、肿瘤早筛等中具有极大前景。

4.目前受限于分离提纯技术和相关分析技术,外泌体距离实际应用于临床,仍需要进一步探索。

志谢:感谢张瑞赟、王逸秋、阿克周力等在本章节编写中做出的贡献。

(陈海戈) 4ka5OD3r7FzA8JuhsVGq7IFpYhS4D+gnnytK40dv3I2XcoKtntTJ1h3yYL1FmynP

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