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液体活检的真正黑马 为何国外的大牛公司都在研究外泌体?

2017-11-07
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液体活检,是以非侵入性诊断方法全面及时获得肿瘤细胞或组织生物信息的技术,最大特点是非侵入性样本来源,如血液、唾液、尿液等,利用高通量测序技术、过滤、捕获、富集体内肿瘤细胞的基因组信息,侦查肿瘤行踪,进行动态观察和治疗。

文丨张楠

10月23日~24日,由百迈客生物主办的2017第四届全国功能基因组学高峰论坛在北京举行。大会上,一位专家表示,血液标本原本是检验科最常规的样本来源,却被冠予了全新名词“液体活检”,并称其为革命性的技术突破。

液体活检,是以非侵入性诊断方法全面及时获得肿瘤细胞或组织生物信息的技术,最大特点是非侵入性样本来源,如血液、唾液、尿液等,利用高通量测序技术、过滤、捕获、富集体内肿瘤细胞的基因组信息,侦查肿瘤行踪,进行动态观察和治疗。

2015年,液体活检的血液检测被《麻省理工大学科技评论》评选为“2015年十大突破技术”,2017年仍热度不减,入选世界经济论坛“2017年度全球十大新兴技术榜单”。

近日,国际医学期刊《新英格兰医学杂志》刊登一篇研究报告,来自中国香港中文大学的研究团队发现,液体活检能帮助增强癌症的早期诊断,有望改善患者的生存率。香港医生目前正在头颈癌中进行液体活检技术的尝试。

诺贝尔奖掀起外泌体研究热潮

目前,液体活检四种主要肿瘤来源的生物标志物分别是循环肿瘤细胞(CTC)、循环肿瘤DNA(ctDNA)、外泌体和循环RNA。除了广为熟知的CTC、ctDNA和外泌体,近期液体活检再添新成员,研究发现,可以通过检测循环血栓细胞中吸收的肿瘤RNA来诊断非小细胞肺癌。

此外,microRNA用于肿瘤早诊也有大量研究,利用microRNA的特异性和敏感性,抽取外周血进行检验。国内已有团队正在攻克该技术,将每次检测成本降到2元。

而外泌体,虽然也作为液体活检的主力军,但进展似乎不如CTC、ctDNA,至少在国内创业公司中鲜有报道。海南医学院海南省干细胞研究所专家白玉杰专家在采访中,介绍了外泌体在液体活检中的前沿应用。

2013年诺贝尔生理学或医学奖由美国、德国3位科学家摘得,因他们发现细胞内的主要运输系统——囊泡运输的调节机制,由此将外泌体研究推向了新高潮。

白玉杰表示,外泌体是活细胞分泌的纳米级囊泡,由生物膜包裹来自母细胞的蛋白、核酸、代谢物等组分,不仅携带母细胞及局部微环境的信息,还能直接或间接调控接受细胞的功能和表型。

因为它兼具信息、物质、功能和载体特性,“我给它起名生物快递,因为外有膜包裹,所以运载的物质不像细胞因子会轻易被蛋白降解,所以可实现细胞的远距离通讯和信息传输。”

诊断、治疗和靶向药载体从应用角度来讲,外泌体主要有三大方向,分别是治疗、诊断和用药载体。目前研究最多的是诊断领域,可以成为多种疾病的早期诊断标志物,因为外泌体是蕴含大量丰富信息的检测来源。

一般,临床检验会按正常值或标准值作为诊断依据,但实际上人与人间的个体化差异很大,光凭单一指标可能并不准确。而进行多次检测,产生连续动态的数据,就能克服传统弊病。

“为检测加上一个时间轴,变为四维,人们就可以自我比较,让自身的变化成为诊断依据。而原来的标准值只作为参考。”白玉杰专家表示,外泌体信息容量非常大,分布广泛,操作便利,又有囊泡包裹,非常稳定,这些优势条件促成它作为诊断依据,能更好地实现动态监测。

在并驾齐驱的三大检测物中,由于外泌体具有ctDNA和CTC所不具备的优点,是目前最理想的液体活检的分析材料。

首先外泌体在信息层面具有三个特征:

1、是信息的全面性。ctDNA只反映DNA信息,是DNA碎片,信息少且质量不高;CTC是完整的细胞,含有最全面的细胞信息,但只局限于肿瘤细胞。而外泌体是所有细胞都分泌,包括肿瘤细胞及相关的免疫细胞,故能反映肿瘤微环境等多种信息;

2、ctDNA提供最多二维信息,CTC本身是三维细胞,但时间线密度不够。而外泌体在体内流动,细胞间不断发送和接受外泌体,所以表现活跃,构成人体内的“物联网和互联网”;

3、每毫升血液中仅有1~10个CTC,外泌体每毫升血液含有109个,含量极高,且能提供蛋白质、核酸、代谢物等各层面信息。

“当然,外泌体并不能完全取代其他两者,首先它没有细胞功能,不能建立细胞模型,另外来源胞浆的属性决定它DNA含量很少,缺乏DNA检测信息,所以三者都有检测意义和适用范围。”他解释道。比如,美国已经批准外泌体诊断公司Exosome Diagnostics的产品上市,就是将ctDNA和外泌体RNA同时检测,大大提高阳性率和敏感性。

“外泌体虽然在2013年后才炙手可热,但随着技术突破,从过去的超速离心,到如今抗体标识物筛选,行业爆发眼看在即,所以一定能后来居上。”他认为。

在治疗领域,由于外泌体来源细胞胞浆,含有细胞成分,所以具备了细胞的部分功能,也能代替细胞完成治疗作用。举例来说,用于老年性痴呆或脑损伤的干细胞治疗,这是因为干细胞无法穿过血脑屏障,但外泌体能进入大脑发挥作用。

治疗心梗也是如此,研究发现用干细胞分泌的外泌体治疗效果比干细胞还好。因为干细胞容易被内脏吸附、摄取或清除,真正到达损伤部位的干细胞只有5~10%。而100纳米的外泌体体积小,大概只有细胞的1%,能更顺畅地到达靶标。

在损伤的心脏部位,外泌体能修复心脏内皮细胞,让血管重生。“该研究已经比较成熟,且处于临床研究阶段。” 专家告诉记者。

肿瘤疫苗也是进展很快的领域。外泌体作为抗原,激活免疫细胞杀伤黑色素瘤,据了解该研究也进入美国三期临床。

第三大应用方向是外泌体的靶向载药功能。因为其含有细胞膜构成的囊泡,能装载药物,运输到目标靶点,如果在膜上做一些标识,就能精准定位。

白玉杰表示,将预警侦查结合导向攻击,就能实现定位诊断和治疗的双重功能,是很理想的攻击体系。“我个人最期待的就是外泌体的载药应用,将来产业化的可能性较大。”

放眼全球,聚焦前沿应用贝壳社了解到,国外在外泌体领域进展迅速,但国内公司几乎罕有。美国Codiak BioSciences是一家利用外泌体发现早期癌症的科技公司,成立三个月内就迅速融资到9200万美元,可见其在国外大受追捧。

其创始人都是学界大腕,比如MD安德森癌症中心癌生物学系主任、欧洲囊泡协会主席等。创始人Raghu Kalluri表示,基于外泌体的胰腺癌检测手段特异性和敏感性非常高,能将慢性胰腺炎与早期或晚期胰腺癌区分开来,具有较好的发展潜力。

第二个公司Exosome Diagnostics,利用外泌体精准诊断癌症,发展势头也快,已推出试剂盒产品。据奇点网报道,公司成立于2008年,至B轮融资结束累计获得6000万美元。2016年1月,推出世界首款癌症诊断产品ExoDx Lung(ALK)。

它是分析血液外泌体RNA(exoRNA)的液体活检技术,主要实时检测非小细胞肺癌(NSCLC)患者的EML4-ALK突变,其灵敏度为88%,特异性为100%,结果较为理想。

第三家公司Exosome Science,也从事外泌体的分子标志和诊断。该公司基于外泌体的生物标志物来诊断和监测阿尔茨海默病(AD)、慢性创伤性脑病(CTE)和其他神经系统疾病。

目前正在推进TauSome™生物标志物(也称为外来体tau),作为候选血液检测诊断CTE患者,研究初步结果已发表在《阿尔茨海默病杂志》上。因为足球运动员大都有CTE高风险,所以公司正在前专业足球运动员中开展合作研究,并和美国多个站点启动后续临床计划,

还有成立于2015年3月的Exovita Biosciences公司,利用外泌体治疗癌症。与免疫治疗的方法不同,Exovita并非要调动免疫系统,而是调动正常人体细胞杀灭癌细胞。这个新鲜的技术正是该公司的独门绝技。

专家还介绍了治疗领域的典型企业。比如韩国一家做载药产品的公司,让细胞产生高于正常值40倍的大量外泌体,扩充了材料来源;另外专注于再生医学的BioRegenerative,其创始人是加州大学圣地亚哥分校的教授,用干细胞分泌的外泌体生产美容、生发、干眼病、创伤烧伤的愈合绷带、喷雾剂等产品,其效果非常好。

而国内当前主要集中于科学研究。据悉,近年来国内关于外泌体基础研究的论文呈直线上涨,2016年有100多项研究,今年达到290项,预计明年能突破300项。

白玉杰专家告诉记者,下一步要他做的是利用微流控芯片技术,联合企业合作,开发家庭便携式检测仪,能随时分析肿瘤病情。

“设备有一张芯片,只需一滴血,就能在家查体。前期先集中肿瘤刚需领域,后期再拓展到疾病预防。”他表示,其实唾液分离的外泌体,测量实际生理年龄或作为抗衰老指标的研究已见报道。

“国内真正产业联盟还较少,而外泌体的产业化前景可观,尤其是便携式设备。”他认为,如果能大力发展,就能避免将来被外企垄断的悲剧重新上演。未来该款仪器的检测成本有望降低到10元,能大幅减少成本费用,让可持续的动态检测成为可能。


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