癌癥是不可預測的。腫瘤在初次治療后縮小，但之后可能變得更加可怕。這種疾病可能擴散，也可能突變，而遺傳改變使得癌癥對治療方案更加敏感，或恰恰相反。
腫瘤學家通常依賴侵入性的活組織檢查和非侵入性的成像手段來追蹤腫瘤的大小、擴增以及對治療的響應。然而，循環腫瘤細胞（CTC）帶來了一種前途光明的新方法。在此，我們回顧一下分離和研究這些腫瘤風向標的方法。
CTC定義
循環腫瘤細胞是指從腫瘤上脫落并進入循環系統的癌細胞，在那里它們可以通過簡單的血液檢測來發現。這些細胞可作為癌癥的生物標志物，指示遠端是否存在腫瘤，以及它們的遺傳狀況和藥物敏感性。與手術干預不同，CTC與縱向研究兼容，能夠有效指導治療。然而，要理解它們的意義，也沒那么簡單。
CTC，與腫瘤本身一樣，是高度異質性的，加州大學舊金山分校的解剖學教授Zena Werb如是說。一些CTC有能力產生新的腫瘤，而另一些則沒有。一些表現出癌癥干細胞的特性，而另一些則不是。目前，美國FDA批準的唯一一種CTC臨床檢測是楊森診斷公司（Janssen Diagnostics）的CellSearch，它能有效定義上皮來源的CTC，即EpCAM、DAPI和細胞角蛋白陽性，而CD45陰性。
當然，并非所有腫瘤都來源于上皮細胞，甚至上皮腫瘤也可能逐漸喪失上皮標志物（CellSearch被批準用于轉移性乳腺癌、結腸直腸癌和前列腺癌）。而且有跡象表明，除了癌癥，炎癥也可能導致血液中存在上皮細胞。Werb認為，這個故事比我們想象的要復雜得多。
據楊森診斷公司的研發部門主管Ron Mazumder介紹，血液中存在可檢測CTC的患者比例隨癌癥類型的不同而不同。比如，結腸直腸癌、卵巢和乳腺癌大約是50-70%，而非小細胞肺癌則低至30%。這些患者體內的CTC數量也相差甚遠，從單個細胞到幾千個。“中位數大約是二、三十個細胞，”Mazumder談道，但他們發現，轉移性乳腺癌和前列腺癌患者中每7.5 ml血液中有五個CTC或以上的，預后情況要比CTC較少的患者糟糕得多。因此，五個被設為臨界值 – 如果CTC的數量更多或更少，這對患者生存有著顯著的影響，而且在多個癌癥類型中都是如此。
微流體選擇
原先，CellSearch完全依靠細胞計數。如今，用戶也能獲得這些細胞的遺傳信息。2014年8月，楊森宣布與Asuragen建立伙伴關系，對分離出的CTC開展新一代測序，以鑒定幾百個癌癥相關基因中的突變。
CellSearch是基于陽性選擇，利用抗體包被的磁珠來捕獲EpCAM陽性的細胞，然后成像并計數。因此，麻省總醫院癌癥研究中心的助理教授Shannon Stott認為，你需要預先知道你要尋找的細胞的特性。然而，并非所有CTC都有著相同的物理和生物學性質。
Stott有著機械工程的背景，與幾位同事合作，她開發出分離CTC的新方法。2010年，她開發出一種“人字形CTC芯片”，利用EpCAM抗體來捕獲CTC [1]。她表示，這種設計能夠比較快速地處理血液（每小時2 ml），且具有良好的靈敏度和選擇性。不過，它無法解釋不同的抗原譜。而捕獲的細胞粘在芯片表面，使得后續培養成為問題。
2013年，麻省總醫院的團隊開發出第三代的技術，稱為CTC?iChip [2]。這個iChip中的i代表慣性聚焦（inertial focusing），即通過流體作用力將細胞排成一列縱隊。芯片利用流體力學分選，去除最小的血液成分。然后， 它利用正向選擇來去除淋巴細胞，保留剩下的一切。
據Stott介紹，iChip比人字形芯片要快得多，每小時能處理20 ml血液。它還能產生未標記的細胞，便于培養和 分析。她的同事Daniel Haber的團隊從六位乳腺癌患者中建立了CTC細胞系 [3]。對這些細胞系的測序鑒定出 新獲得的突變和藥物敏感性，這些信息能幫助開發更好的治療策略。在另一項研究中，Haber的團隊對分離出 的CTC開展單細胞RNA?seq，并將它們與同一位患者的CTC聚集體進行比較，以了解這些成簇CTC結構的性質 [4]。與單獨的CTC相比，成簇的CTC有著更大的轉移潛力。分析鑒定出一個細胞連接相關基因，稱為 plakoglobin。
目前，楊森診斷公司正與麻省總醫院的團隊合作，希望將iChip轉化成新一代的CTC分析平臺。
CTC成像
《Nature Reviews Clinical Oncology》上的一篇文章回顧了CTC分析和鑒定的原理 [5]。文章中有一個表格， 列出了精選的檢測技術，其中大部分是基于CTC的抗原譜或物理性質。表格中提到的一種替代策略是圖像流式 細胞儀，這種方法由默克密理博商業化。
ImageStream和FlowSight都是圖像流式細胞儀，本質上就是帶有照相機的流式細胞儀。隨著每個細胞通過， 它在明場和暗場模式以及多達10個熒光通道下成像，產生每個細胞的12幅圖像，且每秒能成像2,000個細胞。 這兩個平臺之間的差異是ImageStream能放大到60倍，而FlowSight提供固定的20倍放大。
盡管所得到的細胞無法培養，但是當細胞通過系統時，用戶也能開展各種分析。例如，他們可以對細胞外和細 胞內標記進行染色，以確定細胞的來源，或者用RNA?FISH探針染色，對轉錄本進行計數。
當然，傳統的流式細胞儀也能獲得許多參數，而圖像流式細胞儀能為你帶來自信，這少少的陽性細胞正是 CTC。“眼見為實，”默克密理博細胞分析的高級總監David Basiji說道。如今，這家公司正在努力實現CTC的分 離，便于下游研究的開展。
參考文獻
[1] Stott, SL, et al., “Isolation of circulating tumor cells using a microvortex?generating herringbone?chip,” Proc Natl Acad Sci USA, 107:18392–7, 2010. [PubMed: 20930119]
[2] Ozkumur, E, et al., “Inertial focusing for tumor antigen?dependent and –independent sorting of rare circulating tumor cells,” Sci Transl Med, 5:179ra47, 2013. [PubMed: 23552373]
[3] Yu, M, et al., “Ex vivo culture of circulating breast tumor cells for individualized testing of drug susceptibility,” Science, 345:216–220, 2014. [PubMed: 25013076]
[4] Aceto, N, et al., “Circulating tumor cell clusters are oligoclonal precursors of breast cancer metastasis,” Cell, 158:1110–22, 2014. [PubMed: 25171411]
[5] Krebs, MG, et al., “Molecular analysis of circulating tumour cells—biology and biomarkers,” Nat Rev Clin Oncol, 11:129–44, 2014. [PubMed: 24445517]