以PD-1/PD-L1免疫检查点抑制剂(ICI)为代表的癌症免疫疗法是当前最具临床前景的肿瘤治疗方式之一,其通过重新激活癌症患者体的免疫细胞,从而提高对肿瘤细胞的识别和清除能力。但在临床中,仅有部分患者能从免疫治疗中获益。导致患者获益率差的主要原因之一是,临床常规组织活检,受限于取样位和检测的精准性,无法准确评估肿瘤的异质性。同时,仅依靠单一免疫标记物(如PD-L1),无法准确预测患者对ICI反馈。因此,如何精准预测免疫治疗的疗效,成为了个性化精准免疫治疗面临的首要问题。
针对该临床问题,北京航空航天大学常凌乾团队等开发了一种新型纳米医疗芯片,可以快速检测肺癌循环肿瘤细胞(CTC)内PD-L1基因表达、以及肿瘤细胞响应免疫细胞的行为表型;进一步对患者来源的CTC进行亚群划分,依此预测肺癌患者对免疫疗法的治疗效果。与传统组织活检技术相比,临床准确率(AUC值)由57%显著提高到90%以上。
该研究以:Genetic and phenotypic profiling of single living circulating tumor cells from patients with microfluidics 为题,发表在了《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。
图1. 循环肿瘤细胞(CTCs)捕获、原位培养和基因分析芯片系统NICHE,用于肺癌免疫治疗的精准预测与监测
为了实现活CTCs内PD-L1基因的量化分析,研究者们设计了一种具有四面体结构的DNA探针,具有良好的特异性。完成基因检测的CTCs,保持了良好的活性,通过与免疫T细胞的共培养,研究者们发现,部分肿瘤细胞在免疫抑制剂存在时,细胞形态发生了明显的变长,且细胞增殖行为被显著抑制(图2)。根据肿瘤细胞PD-L1的表达情况,研究者们划分出了PD-L1高表达与低表达的阈值;另外,根据肿瘤细胞与免疫细胞共培养的结果,研究者们划分出了肿瘤细胞形态发生变化的阈值。综合CTCs中PD-L1高表达(PD-L1high)且表型发生变化(PA+)的占比,该研究定义了一种新的指标,“NICHE指数”,用于预测癌症患者响应免疫疗法的疗效。
图2. NICHE芯片上实时分析CTCs与免疫细胞互作
为了评估NICHE在临床上预测免疫疗效的准确性,该研究收集了80名非小细胞肺癌患者的外周血,通过在NICHE平台上的检测,证明了该平台捕获 CTCs 并鉴定其基因和行为表型的能力(图3)。从方法对比结果来看,该研究提出的NICHE指数表现出高准确性,其AUC(0.906)明显高于目前临床上基于肿瘤组织中PD-L1表达细胞占比的标准参考方法(AUC=0.578)。此外,研究者们还对部分患者进行了长时间的用药监测,证实了NICHE在长期监测中的适用性
图3. 采用NICHE系统对肺癌血样中的CTCs进行捕获与分析,并实现了患者免疫治疗的精准预测
目前,团队正在联合北大肿瘤医院吴楠主任制定一项行业标准,用于肺癌免疫治疗获益人群筛选,以达到肺癌个性化医疗,有望降低临床癌症医疗负担。
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2315168121