单细胞蛋白组分析芯片检测肺癌循环肿瘤细胞中EGFR介导的信号通路与异质性

Circulating tumor cells (CTCs) are cells released from primary tumor sites travel through the blood circulatory system, and carried to a secondary site, where they can initiate new tumor growth. Recent studies have shown that CTC detection and enumeration have prognostic and predicitive values, and allow oncologists to monitor patients for disease progression and malignancy relapse. Therefore, CTC study has attracted a lot of attention from the cancer research community. Compared with CTC enumeration, characterization of molecular signature and heterogeneity of CTCs reveals more biological information. However, it meets great technical challenges because CTCs in the peripheral blood are rare events and that single-cell -omics technology is required for such chacterization. This project is aimed to develop an integrated microfluidic platform combining CTC capture chip and single-cell proteomic chip in order to realize on-chip CTC capture, manipulation and characterzation of EGFR-mediated signaling pathways at the single cell level for detecing molecular signatures and heterogeneity of CTCs. The single-cell proteomic chip is based on high-density antibody microarrays and microfluidics technology, allowing quantitatively measuring key signalging proteins in EGFR-mediated signaling pathways. This will be the first report on signaling pathway characterization of CTC at the single cell level.

循环肿瘤细胞（CTC）是指自发或因诊疗操作由肿瘤病灶播散进入外周血循环的肿瘤细胞，在一定条件下可发展为肿瘤转移性病灶。研究表明CTC的数目作为标志物在实体瘤患者的预后、分期及复发监控等方面具有一定的临床价值，因此成为癌症研究的一个新热点。相比单纯计数，揭示CTC的分子特征及异质性无疑更具临床和生物学意义，但因为CTC数量极少（每10ml血液只有几个至几十个）且需要单细胞组学技术所以在技术上遇到重大挑战，目前在国际上尚未见报道。本项目将CTC分选芯片与申请人发明的单细胞蛋白组分析芯片加以整合，实现在芯片上连续的肺癌病人CTC分选、操纵以及单细胞尺度上EGFR介导信号通路的分析，从而揭示肺癌CTC信号通路的激活情况及异质性。其中申请人发明的基于抗体微阵列与微流控技术的单细胞蛋白组分析芯片能在单细胞尺度上定量检测EGFR介导的多条信号通路中的关键信号蛋白。这将是首次实现CTC单细胞信号通路分析。

人外周血中的循环肿瘤细胞（Circulating Tumor Cell，CTC）是指由肿瘤病灶脱落并播散进入外周血循环的肿瘤细胞，其数目极少，但反映了体内肿瘤的存在，携带了肿瘤病灶细胞的全部分子信息，同时是肿瘤血行转移的主要来源。已有研究表明CTC的数目作为标志物在实体瘤患者的预后、分期、疗效监测及用药指导等方面具有一定的临床价值，因此成为癌症研究的一个新热点。CTC本身在血液中数量极少（每10毫升血液中可能只有几个至几十个），将其从数目极大的血细胞中分离出来进行计数以及基因的检测一直是CTC研究领域中重大的技术挑战。进一步的，相比单纯计数，针对CTC的进行全面的分子特征以及功能特征的表征无疑更具有临床及生物学意义，但这除了需要将CTC富集分离以外，还需要针对极少数目细胞的单细胞操纵方法以及单细胞的检测灵敏度，技术上的挑战更大。本项目致力于发展一套完整的CTC单细胞分子与功能检测的技术方法，突破了原先在项目建议书中设定的范围（定量检测EGFR介导的多条信号通路中的关键信号蛋白），而是实现了CTC分离、单细胞操纵以及单细胞尺度上针对CTC进行代谢活性、蛋白标志物、基因突变等多层次的分子与功能检测，最大可能的从极少数目CTC上获取肿瘤细胞的信息，以用于临床诊疗。本项目已经在Scientific Reports与Analytical Chemistry上发表了两篇论文，另有两篇论文在投稿过程中。