CTCs作为肿瘤液体活检的重要临床标志物，在解释肿瘤发病机制、癌症诊断、术后评估等方面具有重要的指导意义。然而，由于CTC的稀有性、表型异质性（不同的表面标记物）等原因，使癌症的精确诊断面临重大挑战。近日，江苏大学材料学院刘磊研究员团队在Advanced Materials（IF=29.4）期刊上发表了相关研究内容，其论文题目为“A Bio-Inspired Free-Standing Film with Versatility: From Heterogeneous CTCs Programed Isolating to Breast Cancer Molecular Typing”。该研究团队将化学（分子识别），物理（微/纳米拓扑相互作用）与机械（柔性）作用相结合构建类细胞外基质（ECM）的“软”生物活性界面，识别并捕获具有不同表面标记物的CTCs并对其进行分选，实现对癌症的分子分型诊断。

研究背景

循环肿瘤细胞（CTCs）是指从实体瘤中脱离出来并进入外周血液循环的肿瘤细胞。在特定肿瘤中，具有不同表型的CTC一旦进入血液，其性质就会发生动态演变。例如在上皮细胞向间充质细胞转化(EMT)过程中失去先前的表面标记，它可以使癌症转移，导致相当大的假阴性，甚至导致癌症准确诊断的失败。因此，根据细胞的不同表面标记来准确识别、捕获和分类表型异质性CTC，对肿瘤分型有很大的帮助。

过去，人们已经开发了各种化学方法来高效和灵敏地捕获CTCs，但仍然很难有效捕获。最近又开发了一些新技术，如磁性排名细胞术（MagRC，通过纳米颗粒介导的磁性排序来跟踪CTC表型的动态变化），基于噬菌体的稀有单细胞图谱分析，仿生免疫荧光磁性多功能纳米探针（用于肿瘤细胞亚群分析），以及纳米颗粒扩增标记（用于高性能磁性细胞分选）。尽管取得了进展，但仍需要开发一个易于使用的平台来有效捕获癌症患者未处理血液样本中的异质CTC，分析具有不同表面表达的CTC，并释放以分离CTC作为深入分析异质CTC的程序，在临床应用中对癌症患者的液体活检进行分子分型。

功能性生物界面作为一个易于修改的简单平台，显著有益于细胞粘附、增殖和分离等细胞行为，还可以抑制细胞分离中纳米磁珠可能的内吞作用。然而，基于硬表面的正常生物界面不易粘附细胞、不理想的防污性能和表面修饰中复杂的非生物相容性化学聚合限制了其临床应用。

基于以上问题，刘磊研究员团队开发了一种TiO₂纳米管/丝素蛋白柔性复合膜（TSF/MDBS），该柔性膜可以被任意裁剪定制成所需的片段进行应用。研究显示，TSF/MDBS可以从癌症患者的未经处理的血液样本中捕获具有不同表型（HER2+和HER2-）的CTCs，以区别HER2高表达或低表达，实验数据与术后免疫组织化学染色结果高度一致，检测准确率为100%。该膜可用于肿瘤细胞的分选，为乳腺癌患者的预后和分子分型诊断提供帮助。它还指导了多功能生物界面和智能复合膜的设计，可应用于多种生物医学领域。

TSF/MDBS捕获异质性CTCs的作用机理图

研究结果

研究人员通过（聚多巴胺）PDA化学和多重可逆共价相互作用，将两种靶向肽--针对上皮生物标志物和人上皮生长因子受体2（HER2）标志物固定在膜表面，和防污剂牛血清白蛋白（BSA）结合，以简单环保的方法制备了具有多重动态生物活性表面的TSF/MDBS。

用于肿瘤细胞的程序化分离的TSF/MDBS制备

（1）与硬底物相比，柔性膜具有增强细胞粘附和增殖的能力；

软硬基底材料对细胞粘附和增殖的影响图

（2）在20~80 min内，TSF/MDBS表现出时间依赖性，随着孵育时间的延长，捕获细胞数量增加；

（3）对比两种靶向肽PBA-(PEG)₈-X和NH2-S-S-(PEG)₈-Y单独或复合功能化接枝TSF/MDBS，结果表明，与单肽相比，双肽功能化接枝TSF/MDBS具有显著增强的细胞识别和捕获能力；

TSF/MDBS细胞捕获示意图

（4）此外，该薄膜还可以添加生物相容性分子果糖和谷胱甘肽，依次特异性地破坏共价键，以特定的顺序释放被捕获的细胞。

TSF/MDBS程序化释放捕获细胞图

（5）受益于两个靶向肽，非生物活性PEG和防污剂BSA的联合作用，TSF/MDBS可以抵抗近80%的蛋白质粘附，表明其防污性能优异。

TSF/MDBS防污活性的探索图

区分HER2阳性（HER2+）或阴性（HER2-）对乳腺癌患者进行分子分型是必要且有意义的。通过应用TSF/MDBS，研究人员可以从未经处理的乳腺癌患者血液样本中识别不同表型（HER2+和HER2-）的CTCs，并最终对这些异质性CTCs进行分析，以鉴定患者是否为HER2阳性或HER2阴性。在有限的病人血样中，通过双盲实验，检测准确率为100%。

乳腺癌HER2+ 患者的鉴别图

通过TiO2纳米管/丝素蛋白柔性膜，只需一滴血的用量、半天时间，即可给出乳腺癌患者血样的检测结果，并给出是否为HER2阳性的分子分型诊断。目前，团队正与江苏省人民医院合作，进入了大批量临床样本检测，希望该技术未来能用于临床肿瘤患者的分子分型诊断。

本片研究中的肽偶联剂HBTU和NMP由强耀生物提供。