我所制備出可精準捕獲及無損釋放循環腫瘤細胞的凝膠材料

近日，我所生物技術研究部生物分離與界面分子機制研究組（1824組）卿光焱研究員團隊與大連醫科大學附屬第二醫院王琪教授、江南大學生命科學與健康工程學院陳敬華教授合作，在基于循環腫瘤細胞（CTCs）的肝癌早期診斷方面取得新進展。合作團隊通過親和配體與靶標糖鏈高選擇性結合，以及利用細胞印跡聚合物精確的形狀與尺寸匹配度、良好的生物相容性，制備了新型細胞印跡水凝膠材料，實現了對外周血液中CTCs的精確捕獲及無損釋放，有望促進肝癌的早期診斷和單細胞多組學分析。

據統計，全球每年新診斷肝癌患者90.6萬人，死亡83萬人，其中，中國的病例分別占據45%和47%。肝癌生存率低的一個重要原因在于其篩查費用昂貴，以及肝臟痛感遲鈍等，多數患者在確診時已處于中晚期，錯過最佳的治療時期。血清標志物——甲胎蛋白（AFP）是現有的肝癌篩查、診斷、復發風險評估及治療療效觀察的臨床檢測手段。然而，AFP靈敏性較弱，AFP值低的患者中存在較多的陽性病例。

外周血液中的CTCs因攜帶腫瘤組織的遺傳和表觀信息，是液體活檢中公認的黃金標志物。CTCs的精準捕獲對癌癥的早期診斷、病情監測、藥效評價和術后評估等具有非常重要的臨床意義。然而，每毫升血液中僅有0至3個CTCs，檢測結果容易受到血液復雜環境的干擾，此外，CTCs在捕獲和處理過程中也容易受到損傷。因此，實現CTCs的精準捕獲和無損釋放極具挑戰。

現有的CTCs捕獲材料分為陰性、物理及陽性富集材料。陰性及物理富集材料存在CTCs純度、效率和特異性低等固有問題。陽性富集材料基于抗原–抗體的生物親和原理，針對CTCs表面靶標抗原，將它們的特異性結合抗體修飾到材料表面，實現對CTCs的特異性捕獲。然而，抗體強的結合能力使得CTCs難以釋放。此外，抗體成本高、穩定性差也限制了其廣泛的應用。

本工作中，研究團隊針對CTCs表面的唾液酸化聚糖，開發了超強的親和配體His-His，并將其與基于PEGDMA的細胞印跡聚合物融合，制備出溶脹率低、壓縮性能好、可逆性好、血液和細胞相容性好、抗污能力強、細胞印跡清晰的PP-co-AHH+水凝膠。 評估10個CTCs時，該水凝膠的捕獲效率達到93%。更重要的是，捕獲的CTCs可以使用胰蛋白酶溶液釋放，細胞保持高的活性，這對于單細胞多組學分析至關重要。

此外，團隊用該水凝膠材料在100例人樣本中進行了捕獲CTCs測試，測試人群的外周血液AFP值均低于20ng·mL–1，即AFP低敏感區。結果表明，CTCs計數具有區分肝癌、肝硬化和健康人的能力，準確性達到90%。團隊進一步結合AFP、CTCs和自然殺傷細胞的結果，將測試的準確率提高到94%，敏感性達到90%，可滿足臨床檢驗的需求。同時，該水凝膠材料可以循環使用十次，每個樣品的捕獲成本僅50元，遠低于3500元的醫院價格。此外，還可以利用該水凝膠材料從患者的血液中獲得高純度、高活性CTCs，與下游的單細胞多組學分析銜接，助力推進肝癌的精準治療。本工作制備的新型細胞印跡水凝膠有望成為一種實現肝癌早期診斷的工具。

相關研究以“Precise Capture and Dynamic Release of Circulating Liver Cancer Cells with Dual-histidine-based Cell Imprinted Hydrogels”為題，于近日發表在《先進材料》（Advanced Materials）上。該工作的第一作者是我所1824組聯合培養博士研究生孫文靜。上述工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、我所創新基金等項目的資助。（文/圖 孫文靜）

文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202402379