Une plateforme de puces à ADN polyvalente pour capturer des cellules rares

Aug 09, 2023

Scientific Reports volume 5, Numéro d'article : 15342 (2015) Citer cet article

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Les analyses d’événements rares se produisant à des fréquences extrêmement basses dans les fluides corporels restent difficiles. Nous avons créé une plate-forme polyvalente basée sur des puces à ADN, capable de capturer des cellules cibles uniques provenant de vastes populations de fond. Comme cas d’utilisation, nous avons choisi l’application difficile de la détection des cellules tumorales circulantes (CTC), soit environ une cellule sur un milliard de cellules sanguines normales. Après incubation avec un cocktail d'anticorps, les cellules ciblées sont extraites sur un microarray dans une puce microfluidique. L'accessibilité de notre plateforme permet une récupération ultérieure des cibles pour une analyse plus approfondie. La puce à ADN facilite l'exclusion des événements de capture faussement positifs par colocalisation permettant une détection sans marquage fluorescent. L'analyse d'échantillons de sang de patients atteints de cancer avec notre plateforme a atteint et en partie dépassé les performances de référence, démontrant la faisabilité d'une application clinique. Les chercheurs cliniciens choisissent librement leur cocktail d'anticorps sans avoir besoin de modifier la fabrication de puces ou le protocole d'incubation, ce qui permet un ciblage virtuellement arbitraire des espèces de capture et donc des applications largement répandues dans les sciences biomédicales.

La détection et la caractérisation moléculaire de sous-ensembles spécifiques de cellules uniques apparaissant à des fréquences extrêmement basses dans les fluides corporels présentent un potentiel important en biomédecine en tant qu'outil de diagnostic, mais elles restent techniquement très difficiles malgré les énormes efforts déployés au cours des dix dernières années. Les liquides tels que le sang, l'urine, le liquide pleural, le liquide céphalo-rachidien ou l'ascite jouent un rôle central dans le diagnostic médical, le sang étant la source d'information la plus largement utilisée. Outre l'analyse de molécules dérivées de cellules (par exemple, protéines, acides nucléiques et métabolites), l'analyse de cellules entières circulant dans le sang peut révéler des informations très complexes sur la cause et l'état réel d'une maladie spécifique au niveau de l'ADN, de l'ARN et des protéines. niveau. Des exemples d'applications en recherche fondamentale et appliquée sont l'analyse de sous-ensembles rares de lymphocytes T dans le sang périphérique de patients atteints de troubles immunitaires ou de maladies infectieuses1 ainsi que les cellules tumorales circulantes (CTC) chez les patients cancéreux, qui peuvent être considérées comme une « biopsie liquide ». »2,3, un nouveau concept de diagnostic4 qui a suscité un énorme intérêt au cours des cinq dernières années5,6,7,8. Les métastases à distance constituent la principale cause de décès liés au cancer9 et commencent par la libération de cellules cancéreuses de la tumeur primaire solide (par exemple, le cancer du sein) dans la circulation sanguine10,11. Ces CTC peuvent s'installer dans des organes distants (par exemple, poumons, foie, os ou cerveau) et éventuellement former des lésions métastatiques. L'analyse des CTC offre des informations importantes sur la biologie de la progression métastatique et de nouvelles perspectives dans le traitement des métastases cancéreuses12,13. Cependant, l'enrichissement et l'identification des CTC à partir d'un échantillon de sang restent un défi majeur, même après des décennies de recherche, car le rapport entre les CTC et les cellules sanguines est d'environ 1 : 109 (en supposant < 200 CTC/ml, 5 × 109 globules rouges/ ml, 7 × 106 leucocytes/ml)14. De nombreuses stratégies d'enrichissement en CTC reposent sur une sélection positive ciblant la molécule d'adhésion des cellules épithéliales (EpCAM) et diverses approches microfluidiques ont été développées, montrant des résultats prometteurs15,16,17,18,19,20,21,22,23,24. Les surfaces recouvertes d'anti-EpCAM interagissent avec les molécules EpCAM de la membrane cellulaire qui immobilisent les CTC, tandis que les cellules sanguines transmettent le système. La vérification et l’analyse plus approfondie des cellules capturées sont effectuées par immunomarquage ou par d’autres approches5. Cependant, des études récentes ont montré qu'EpCAM n'est pas toujours un marqueur fiable puisque des CTC négatives pour EpCAM ont également été découvertes dans le sang de patients atteints de cancer25,26,27. Les approches basées sur des surfaces homogènes recouvertes d’anticorps se heurtent à une faible spécificité, ce qui les rend potentiellement inefficaces pour des applications pratiques. De ce fait, le développement de dispositifs de capture de CTC qui (i) peuvent facilement cibler un large éventail d'épitopes de surface différents, (ii) sont capables de gérer des volumes sanguins élevés, (iii) présentent une spécificité élevée et (iv) permettent de détecter des l'analyse cellulaire reste un défi, mais elle est très demandée.