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復旦大學施奇惠教授:單細胞測序將帶來液體活檢領域的新機會

2019-06-18 10:09
動脈網
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2019年5月,由劍橋創新學院(Cambridge Innovation Institute)主辦的第七屆歐洲分子診斷大會在葡萄牙首都里斯本召開。來自全球各地的400多名與會者在這里一同分享分子診斷領域的最新進展和研究成果。歐洲分子診斷大會是全球最有影響力的分子診斷學大會之一,包括有七個分會、兩個短課程、十二個圓桌討論和大量壁報展示,涵蓋了產前分子診斷、免疫療法生物標志物、液體活檢、即時檢測等多個熱門領域。

本次大會上,復旦大學生物醫學研究院的施奇惠教授作為唯一受邀的內地演講者,發表了主題為“Metabolic Phenotyping and Single-Cell Sequencing of Circulating Tumor Cells in Non-Small Cell Lung Cancer(非小細胞肺癌中循環腫瘤細胞的代謝表型和單細胞測序)”的演講。

動脈新醫藥在施奇惠教授回國后第一時間與他取得了聯系,并進行了采訪。施奇惠教授為我們分享了本次的參會情況以及他對分子診斷領域的見解。

聚焦CTC:用單細胞測序驗證準確性很關鍵

施奇惠教授

CTC(循環腫瘤細胞)一直是施奇惠的主要研究對象之一。本次參會發表的演講內容也是基于他近期在CTC代謝分型上的研究成果。該項研究成果反映了施奇惠教授團隊的最新進展,揭示了CTC在代謝上的異質性,并發現根據不同代謝表型的CTC比例可以預測患者的治療反應、臨床表現和生存率。

施奇惠教授認為,CTC與腫瘤轉移的相關性比較強。CTC在腫瘤早篩中的應用重點不應是在早期發現癌癥,而是在早期發現已經轉移的癌癥。

“一般情況下,早期的腫瘤很少會釋放CTC到血液當中。但如果腫瘤本身侵襲性很強,那么即使腫瘤本身很小,也可能在很早期就能從血液中檢測到CTC。這種情況下用CTC進行早篩是有意義的。”施奇惠說。他認為CTC除了預后、用藥指導以外,更重要的應用方向是用于患者分層或者說輔助分期,協助目前的影像學手段區分轉移能力強的腫瘤和轉移能力弱的腫瘤,從而幫助患者和醫生及時發現轉移能力強的腫瘤,制定后續的治療方案。

“CTC主要能從兩方面提供信息,一方面是數目,另一方面是分子特征。分子特征包括了基因信息和蛋白信息。CTC數目與腫瘤轉移的關系現在還尚不明確,目前主要用于預后,暫時還無法用于判斷患者是否已經發生了血行轉移,或是已有遠端轉移。但我們可以確定的是,CTC本身也是具有異質性的,如果能夠用特定的分子靶標對CTC進行再分型的話,將來可能將CTC在不同子群中的分布情況與腫瘤患者的轉移情況直接聯系起來。”施奇惠說。

CTC的臨床價值毋庸置疑。Clinicaltrials.gov顯示,全球注冊的液體活檢臨床試驗中,有關CTC的臨床試驗一直多于ctDNA。施奇惠告訴我們,CTC領域研究的難點在于CTC相關研究的技術路線紛繁復雜。不同的技術路線可能會捕捉到不同純度水平的CTC,也可能會捕捉到不同的CTC子群。這就導致了通過不同技術路線獲得的CTC數據很難直接進行比較。

CTC的臨床試驗中廣泛使用到的是15年前上市的CellSearch平臺。CellSearch平臺由強生公司開發,通過EpCAM(上皮細胞黏附分子)富集CTC細胞。這一平臺雖然穩定性好,但在一些癌癥(如非小細胞肺癌)中靈敏度較低,即使是在晚期腫瘤患者樣本中,檢出率也并不高。

施奇惠告訴我們,這種靈敏度低可能并不是技術原因造成的。將已知給定數目的腫瘤細胞細胞系混入健康人的血液中再通過該平臺檢測,腫瘤細胞的回收率很高。他推測檢出率低更可能與生物學原因有關。比如有部分CTC經過EMT(上皮間質轉化)之后,上皮標志物表達量降低同時細胞變形能力增強。這部分細胞會很難被CellSearch平臺檢測到。

“在這樣的情況下,在CTC研究中使用單細胞測序就顯得很有必要了。血液中的CTC數目一定是有研究價值的。但要對其價值進行挖掘,關鍵的一點是要驗證獲取到的每一個CTC都的確是腫瘤細胞。這時候就需要對每個被捕獲的細胞進行單細胞測序。”施奇惠說。

在施奇惠教授看來,由于單細胞測序的成本和檢測復雜程度,這項技術直接應用于臨床挑戰也不小。單細胞測序已經普遍應用于CTC的基礎研究中,比如幫助檢驗用于分選CTC的生物標志物的準確性,證明用該生物標志物分選出的CTC確實都是腫瘤細胞。當生物標志物經過長期的檢測獲得了普遍的認可之后,后續在科研和臨床上的應用過程就不再需要長期使用單細胞測序的科研方法來驗證了。

液體活檢接入免疫治療大有可為

在腫瘤液體活檢中,與CTC檢測同樣重要的就是ctDNA(循環腫瘤DNA)檢測。相比之下,ctDNA目前的進展較快,也更貼近臨床。施奇惠認為其主要原因是ctDNA的檢測對象更清晰(如點突變和甲基化),技術路徑也比較直接,實現起來更方便。

不僅如此,ctDNA不像CTC會受到自身異質性的影響,即使使用不同的方法檢測到的內容基本也是一致的,結果的可比性較強。

施奇惠說:“目前ctDNA研究有兩個熱門方向,一是通過TMB(腫瘤突變負荷)來預測免疫治療療效,二是癌癥的早期篩查。在早篩應用上,ctDNA還有幾個難點要克服。比如早期患者的ctDNA濃度過低,很容易受到其他來源的具有突變的cfDNA(游離DNA)的干擾。另外,器官定位也是當前ctDNA早篩應用中的一大難點。”

隨著細胞治療和抗體藥物走入臨床,免疫治療在腫瘤治療領域中的熱度迅速躥升。目前已經在腫瘤組織的相關研究中證明,TMB和PD-L1是預測PD-1/PD-L1免疫抑制劑療效的獨立生物標志物,可以用于為免疫治療提供伴隨診斷。

在組織樣本檢測中,精準病理可以通過多種方法獲取豐富的腫瘤-免疫相互作用的信息。但是由于臨床上難以多次進行組織活檢,液體活檢就有機會在跟蹤指導免疫治療的過程中發揮巨大作用。

據了解,臨床上已經能夠通過血液中的ctDNA檢測bTMB(血液TMB)。施奇惠告訴我們,CTC也可以用于檢測腫瘤細胞PD-L1的表達,但是其與原位的一致性還未得到驗證。“通過檢測患者血液中的新抗原特異性、處于激活狀態的CD8+ T細胞,也可以對免疫治療的效果進行預判。”他說,“這也屬于廣義上的液體活檢。”

胎兒細胞檢測(Cell-based NIPT)可能成為NIPT領域的新藍海

對于國內熱門的NIPT(無創產前診斷)領域,施奇惠也有自己的看法。NIPT在國內已經形成了一片初具規模的市場,并帶動了一波基因檢測行業的風潮。但是施奇惠教授認為,NIPT領域還有更大的發展空間。

“現在NIPT主要檢測的是以唐氏綜合征為代表的染色體多倍體綜合征,但這些在整個染色體畸變、基因突變等所導致的出生缺陷中只占很小一部分。NIPT在出生缺陷篩查上還有很多機會可去挖掘。”他說。

目前NIPT主要檢測的是血液中的游離胎兒DNA。施奇惠則認為胎兒細胞在NIPT(cell-based NIPT)中也有很好的發展前景,但實現前提是找到合適的方法來獲得盡量多、盡量純的胎兒細胞。他認為,胎兒細胞包含完整的基因組,因此基于胎兒細胞的檢測有潛力為產前診斷提供通用的解決方案。

目前這一方面的研究主要聚焦于血液中的胎兒有核紅細胞與滋養層細胞,以及孕婦宮頸粘液中的滋養層細胞。其中血液中的胎兒細胞數目稀少,而宮頸粘液中則有較多的胎兒細胞。

“胎兒細胞現在的發展和CTC的情況很類似,如何有效的鑒別、分離以及測序胎兒細胞是一個比較大的問題,甚至對于胎兒細胞的技術要求更高。因為對于胎兒細胞,單純計數沒有臨床意義,必須進行測序。因此,我們不僅要找到合適的鑒別胎兒細胞的生物標志物,還要充分的加以驗證。在標志物驗證的階段有必要對每個目標細胞都進行單細胞測序,驗證其胎源性。”施奇惠說。

施奇惠告訴我們,在胎兒細胞檢測中面臨的另一個問題是單細胞測序質量較差,尚不足以形成可靠的診斷。與CTC不同,對胎兒細胞進行計數并沒有明確的臨床意義,因此測序是胎兒細胞檢測不可或缺的組成部分。

但胎兒細胞數目稀少,單細胞測序是目前胎兒細胞檢測中的最佳選項。而目前的檢測流程較長,包括了細胞的固定染色分離以及單細胞基因組擴增,容易產生基因的偏向性和錯誤,還需進一步優化。因此目前胎兒細胞單細胞測序仍處在臨床前的研究階段。

隨著無創產前診斷與宮內基因編輯技術的進展,未來我們將能夠更早的發現出生缺陷并給予治療。

2020年ISMRC將在上海召開,助力中國液體活檢領域與世界接軌

促進國內液體活檢領域與國際一流專家、和最新研究的交流,也是施奇惠教授長期關注的重點。由“Liquid Biopsy(液體活檢)”概念最早的提出人,德國漢堡大學的Klaus Pantel教授發起,已經召開了20多年的ISMRC會議(International Symposium on Minimal Residual Cancer)是全球液體活檢領域歷史最長、最有影響力的學術會議。

施奇惠教授、上海胸科醫院陸舜教授與Klaus Pantel教授合作,將第12屆ISMRC(第一屆全球液體活檢大會)首次引進中國,計劃于2020年10月在上海召開。屆時,全球液體活檢領域,尤其是CTC、ctDNA和免疫治療伴隨診斷等多個液體活檢領域的近百位全球一流專家將匯聚中國,以促進液體活檢的發展和轉化,助力中國液體活檢研究和應用與全球接軌,將更多的中國液體活檢成果推向這一世界一流的創新平臺。

文 | 郝翰

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