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“液体活检”的基石:高质量游离DNA的获取

2023-02-28 16:37 作者:国盛医学  | 我要投稿

近年来,随着精准医学的发展,尤其是靶向药物与免疫治疗成为癌症治疗领域的受捧对象,液体活检这一检测技术备受关注,与传统的组织活检相比,液体活检凭借其无创性、敏感性、动态性等特质,被寄予厚望。

当我们在讨论液体活检的时候,离不开生物标志物,也就是液体活检的三驾马车:循环肿瘤细胞(CTC)、循环肿瘤DNA(ctDNA)、细胞外囊泡(EVs,主要是外泌体)。高质量的生物标志物的获取,才能确保液体活检的顺利开展。因此,采血的质量也就是其后所有检测流程的基础。而真空采血管,作为高效的采血工具,发展至今已有80多年,为所有光鲜的新技术铸就了坚实的基石。


液体活检发展史中的采血管

液体活检的发展史就是一部采血管的进化史,采血管的进步也推动了液体活检的发展。

液体活检的历史一般可追溯到1869年:澳大利亚医生Thomas Ashworth在刚去世的肿瘤患者血液中发现和肿瘤细胞相似的细胞(如图1所示)1,猜测肿瘤细胞会随血液循环移动,这可能解释了为什么该患者身上有多处肿瘤转移。这也是肿瘤循环细胞(CTCs)的概念首次被提出2。

而此时,真空采血管尚未问世,此后的100年里,从注射器采血、空心针EDTA抗凝管、肝素抗凝管的发明,到1997年卢煜明检测怀孕妇女血液中胎儿的cfDNA时,分别用EDTA管和普通管采血。其后陆续几篇方法学文章,基本确认了逐步确立了使用EDTA管取血、离心,从血浆中提取cfDNA的标准流程。

Thomas Ashworth 1869年发表在澳大利亚医学期刊上的描述肿瘤循环细胞的文章

EDTA可以螯合Ca2+起到抗凝作用,防止凝结过程中白细胞裂解释放出DNA;还可以结合其他二价金属离子,抑制各种金属依赖酶的活性,其中包括抑制核酸酶,减少cfDNA降解;另外,EDTA不会像肝素一样干扰PCR的扩增。但是不管用什么管采血,都需要及时(<6小时)分离血浆(血清),否则血液中的有核细胞会死亡凋亡裂解释放DNA污染cfDNA。这要求血液在采血点即时处理,无法远距离运输到检测中心集中处理,这对液体活检的应用造成了极大的限制。


专用采血管发明,液体活检发展进入快车道

目前游离DNA检验应用于临床常规的瓶颈主要集中于方法学和样本的质量上,由于血浆中存在的靶cfDNA微乎其微,标本的采集、抗凝剂使用和保存的不当都会影响检测的质量,造成假阳性或假阴性的结果。cfDNA的大小一般为150~210000bp,片段之间,差异较大。ctDNA的片段大小一般为166bp,其半衰期为16min~2h不等。因此,在cfDNA的相关检测中,对样本的完整性和检测灵敏度都提出了极高的要求。


自2010年起,Streck、PAXgene、Roche和BD等国外医疗设备龙头企业相继推出了无甲醛的cfDNA专用采血管,可以避免细胞来源基因组DNA污染,防止样品中cfDNA降解,同时防止cfDNA发生与其它生物大分子(如蛋白)交联3。尤其是2011年临床批准的NIPT技术开始,基于cfDNA的液体活检技术蓬勃发展。

2015年,国盛医学推出游离DNA(cfDNA)保存管,内含的保存液采用独特抗凝剂和保鲜剂,常温保鲜血浆中游离DNA,能稳定有核细胞,防止释放细胞基因组DNA而稀释目标游离DNA,抑制核酸酶降解游离DNA,保障样品质量。相对于EDTA管常温保存5天就出现细胞明显破裂,国盛医学cfDNA保存管常温保存14天仍然能够维持细胞形态完整。

除了cfDNA外,研究人员还可以利用血液中的cfRNA、外泌体、TEP等成分进行液体活检。基于以上发现国盛医学相继推出了血液白细胞保存管、游离RNA保存管、血液RNA保存管等系列分子保鲜采样解决方案,适用于不同的临床及科研需求。


回顾历史,我们可以发现,采血管的出现便利了液体活检技术的研究和临床应用,液体活检技术反过来又催生了新的采血管的发明,两者相辅相成,共同进化。以国盛医学等公司为代表的,可以室温条件运输和长期保存的cfDNA/cfRNA等采血管避免了在采血点完成血浆分离的繁琐步骤,为样本的批量集中处理和长距离运输带来了极大的便利,进一步解决了现有游离DNA样本保存的难点问题,简化了科研准备工作和临床实验室的运作,从源头上把控样品质量。


参考资料:

1.Ashworth, T. R. A case of cancer in which cells similar to those in the tumours were seen in the blood after death. Aust Med J 14, 146 (1869).

2.Nieva, J. J. & Kuhn, P. Fluid biopsy for solid tumors: a patient’s companion for lifelong characterization of their disease. Future Oncol. 8, 989–998 (2012).

3.Norton, S. E., Lechner, J. M., Williams, T. & Fernando, M. R. A stabilizing reagent prevents cell-free DNA contamination by cellular DNA in plasma during blood sample storage and shipping as determined by digital PCR. Clin. Biochem. 46, 1561–1565 (2013).

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