1微米磁性微球联合磁力“鱼线”在血管中捕获循环肿瘤细胞
液体活检通过监测肿瘤或转移灶释放到血液中的循环肿瘤细胞(CTC)和循环肿瘤DNA(ctDNA)碎片，能够实现癌症的早期诊断和精准医疗。然而，CTC、ctDNA等标志物含量的稀少限制了液体活检的临床应用。比如癌症患者血液中可能含有数百或数千个CTC，但5-10ml血液样本（仅占总血液体积的约0.1％）通常仅含有极少量的CTC，不足以实现癌症的早期诊断。
近日，斯坦福医学院的放射学大牛Sanjiv Gambhir教授（通讯作者）团队提出了一种稀有生物标志物如CTC的体内免疫磁性富集技术，开发了一套磁力“鱼线”（如图 1所示），首先用抗体包被的磁性颗粒（MP）标记血液中的CTC，实现磁性免疫标记，其中所采用的磁性颗粒是1μm超顺磁性氧化铁颗粒；然后将6cm长的磁性金属线（由具有交替极性的磁性单元组成，能产生高局部场梯度）伸入血管，磁性颗粒标记的CTC就会迅速被捕获，实现富集；之后移除磁线，撤去鞘中的磁铁，洗脱得到捕获的细胞，进行下一步的体外细胞培养及分析。与通常的采血5mL相比，这种磁力“鱼线”的CTC捕获效率高了10-80倍，与另外一种类似的商业检测方法GILUPI CellCollector相比，效率可以达到500-5000倍。相关成果以题为”An intravascular magnetic wire for the high-throughput retrieval of circulating tumor cells in vivo”发表在Nature Biomedical engineering杂志上。
图 1 磁力“鱼线”富集CTC的示意图
连续流动的循环系统中CTC的磁性富集
在机械模拟的循环系统首先放入磁性颗粒标记的CTC。分析结果显示在三种不同CTCs浓度下（10、100、1000个/mL），捕获率达到了25-58%。此外，进行模拟体内CTC标记的实验，将包被有抗体的1μm磁珠引入循环中以标记细胞10min，捕获率达到了41-85%（如图 2所示）。
图 2在连续流动闭环系统中从缓冲液中捕获CTC
单程流动的局部磁捕获
由于毛细管过滤和细胞凋亡，CTC具有短的半衰期（几分钟到几小时）。因此，在体内实验中，采用改进方案：直接在磁线的上游注射MP，只在局部提高MP浓度，经过的CTC立刻被标记，这使得可以使用大尺寸的磁性颗粒（1μm超顺磁性氧化铁颗粒），从而增大磁力，提高捕获效率（如图 3所示）。
图 3体外和体内的CTC捕获方案改进示意图
体内实验中，选择猪的耳静脉（这段血管与人类手臂上的头静脉比较相似）模拟人体内的情况。研究者采用注射外源CTC的方法来模拟约100个CTC/mL的血液环境。在1min内通过磁线上游的耳静脉中的两个单独的导管输注2mg MP和2500~10000个细胞，结果显示，捕获效率为1-8%，与通常的采血5mL相比达到了10-80倍（如图 4所示）。
图 4 （d）：体内实验的实际装置（上）和造影下的磁线（下）；（e）：捕获效率
之后进行了安全性实验，注射15倍剂量(25 mg kg–1)的MP，然后在1天、1周、1月后检查小鼠的外观、行为、生命体征、组织学、全血细胞计数和血清化学等，结果显示在注射标记有抗体的1μm磁珠（MP）后，小鼠的中性粒细胞有短暂的下降，其他指标正常，没有出现铁过载现象。小鼠在1个月内未显示出急性或慢性毒性。MP在体内的半衰期是2.8min，注射后15min内就能够清除97%，它的代谢路径也与其他的铁纳米粒子相似。
文献链接：
Vermesh, Ophir, et al. "An intravascular magnetic wire for the high-throughput retrieval of circulating tumour cells in vivo." Nature Biomedical Engineering (2018): 1.
DOI: 10.1038/s41551-018-0257-3
https://www.nature.com/articles/s41551-018-0257-3