半自动适应循环肿瘤细胞（CTC）分析临床和临床前研究中的应用

摘要

循环肿瘤细胞（CTCs的）是影响预后的几个转移性癌症。此手稿描述的金标准CellSearch系统（CSS）四氯化碳枚举平台和亮点常见的误分。此外，两个适配协议被描述为的CTC和CTC枚举在转移的使用这种技术的临床前小鼠模型中的用户定义的标记物的表征。

摘要

多数癌症相关死亡的发生转移性疾病的后续发展。这种高度致命性疾病分期与循环肿瘤细胞（CTCs的）的存在有关。这些罕见的细胞已被证明是在转移性乳腺癌，前列腺癌和大肠癌的临床意义。在临床CTC检测和计数目前的黄金标准是FDA批准CellSearch系统（CSS）。这个手稿概述了该平台所使用的标准协议，以及描述用户自定义标记优化患者CTCs的蛋白质特性和极低的血量可比协议CTC捕捉的详细过程，使用标准的两个附加议定书改编CSS的试剂， 在转移的体内临床前小鼠模型研究。另外，在健康供者血液的CTC质量差异掺入细胞从组织培养物与患者血液SAMP文件被高亮显示。最后，一​​些可能导致四氯化碳误分常用物品不符的概述。两者合计，这些协议将提供一个有用的资源为这个平台感兴趣的有关转移和CTCs的临床前和临床研究的用户。

引言

在2013年估计580,350人死于癌症，这种疾病是1660290新病例被诊断在美国就有^1。其中大多数死亡发生转移性疾病²的后续发展。目前尚缺乏有效的治疗方法在治疗转移灶和转移级联的了解有限，使这一阶段的疾病死亡率很高。血液中的循环肿瘤细胞（CTCs的）的存在已被证实与转移性疾病^3。这些细胞是极为罕见的，他们的检测是反映整体生存的转移性乳腺癌^4，前列腺癌⁵和⁶大肠癌癌。在这些患者中，存在≥时相比，这些患者具有更少或在SAM中没有可检测到的CTC 5（乳腺癌和前列腺癌）或≥3（大肠癌），7.5毫升血液的CTC指示预后较差的Ë血容量。此外，期间或之后的治疗干预中的四氯化碳数的变化已被证明是有用的治疗响应的预测，通常早于目前所使用的技术^7-10。

据估计，在转移性癌症患者中，发生的CTC在约1 CTC每10 ⁵ -10 ⁷血单核细胞的频率和患者的局部疾病，这个频率可以是什至更低（〜1 10 ^8）。这些细胞的罕见的性质可以使其难以精确地和可靠地检测和分析的CTC ^11。有几种方法（先前^12-14审阅）已用于通过利用从周围血液成分区分它们的属性来丰富和检测这些细胞。在一般情况下，四氯化碳枚举是一个两部分的过程，既需要一个浓缩步骤和检测步骤。传统上，富集步骤依赖于物理差异车辆检验中心（细胞大小，密度，变形）或蛋白质标志物的表达（ 即上皮细胞粘附分子[EpCAM的]，细胞角蛋白[CK]）的iCal属性。以下浓缩，CTC检测可以以许多不同的方式，其中最常见的是基于核酸的测定法和/或流式细胞术的方法来进行。这些策略都是独一无二的，具有不同的优点和缺点，但他们都缺乏标准化;一个必要进入临床设置。因此CellSearch系统（CSS）的开发是为了提供一个标准化的方法，用荧光显微镜和基于抗体的技术^4-6在人体血液中罕见的CTC的检测和计数。该平台目前正在考虑在CTC枚举的金标准，是在临床使用¹⁵通过了美国食品和药物管理局（FDA）唯一技术。

这个CSS是一种双组份平台consistin克，（1）本CellTracks AutoPrep系统（以下简称为制备仪），它能够自动人体血液样品的制备方法，和（2）的CellTracks分析器II（以下简称为分析仪），该扫描这些下面的样品制备。从污染的白细胞准备仪器分辨的CTC采用介导的抗体，铁磁流体基磁性分离法与差分荧光染色。最初，该系统采用共轭铁纳米颗粒抗EpCAM抗体标记的CTC。然后将样品孵育在磁场中，并且所有未标记的细胞被吸出。选择的肿瘤细胞重新悬浮，并孵育在差分荧光染色，包括荧光标记的抗体和核染色试剂。最后，将样品转移到一个磁盒，称为MagNest（以下简称为磁性装置），以及SCanned使用分析仪器。

该分析仪被用来使用不同的荧光过滤器，每个优化，以适当的荧光颗粒，使用10X物镜扫描准备样品。的CTC被确定为是由抗EpCAM，抗泛CK-藻红蛋白（PE）结合的细胞（CK8，18，和19），以及核染色剂4'，6 - 二脒基-2 - 苯基吲哚（DAPI）。相反，白细胞污染被确定为是由抗CD45-别藻蓝蛋白（APC）和DAPI结合的细胞。下面扫描，计算机定义的潜在的肿瘤细胞被呈现给用户。从这些图像时，用户必须使用定义的参数和差分染色上面所讨论的，以确定哪些事件的CTC采用定性分析。

除了四氯化碳枚举提供了一种标准化的方法，该CSS允许的CTC的基于感兴趣的蛋白标志物分子特征。这个审讯Ç一个可以在单细胞水平进行，采用不需要四氯化碳识别¹⁶异硫氰酸荧光素（FITC）荧光通道。虽然这个平台提供了分子鉴定的能力，协议开发和优化的详细过程没有明确界定。三种市售的标记物已被开发由生产用于与CSS的使用，包括表皮生长因子受体（EGFR），人表皮生长因子受体2（HER2），胰岛素样生长因子1受体（IGF-1R）。 HER2分析，与CSS结合，已动用了几组，以说明四氯化碳表征的潜力，告知临床决策，并有可能改变现有的治疗指南。例如，Fehm 等 ¹⁷证实，乳腺癌患者的HER-2原发肿瘤大约有三分之一^HER2阳性的CTC。此外，刘等人。18近日报道，患者的HER ⁺转移性乳腺癌高达50％的人没有^HER2阳性的CTC。赫赛汀，一个HER2受体干扰单克隆抗体证明大大有利于患者的肿瘤表达HER2的足够的水平，是一个为患者常用的治疗^HER2阳性的原发性肿瘤^19-21。然而，这些研究表明，曲妥珠单抗可以是亚最优利用和四氯化碳表征可以在预测治疗反应助剂。最终，CTC表征可能要提高个性化服务的潜力。

CTC的研究是独一无二的，它已经在很大程度上利用了床边到台式办法。这种方法，不像台式到床边的研究，而这往往需要几年时间才能影响病人护理，已经允许的CTC快速进入临床。然而，医生正在犹豫中病人的治疗决策麦从使用四氯化碳分析结果ING由于缺乏它们的基础生物学的理解。因此，转移和互补CTC分析技术，适当的临床前小鼠模型必须被利用，以调查这些悬而未决的问题。一般而言，有两种类型的临床前模型中的用于学习的转移级联，（1）自发转移模型，它允许在转移级联中的所有步骤的研究，和（2）实验性转移模型，只允许该研究在转移过程的后续步骤，如外渗和继发性肿瘤的形成^22。自发转移模型，涉及肿瘤细胞注射到适当的原位位置（ 如注射前列腺癌细胞进入前列腺前列腺癌的研究）。然后细胞被给定的时间，形成原发肿瘤和转移自发到辅助站点，如骨，肺和淋巴结肿大。在相比之下，实验性转移模型涉及直接注射肿瘤细胞进入血液（ 经尾静脉或心腔内注射，例如对靶细胞的特定位置），因此跳过血管内和传播的最初步骤，二级机关^22。到目前为止，大部分在体内模型系统CTC分析一直采用流式细胞仪要么基于²³或改装以人为本的CTC技术（ 如 ^{AdnaTest）24}执行。虽然有用，没有这些技术使用金标准的CSS充分反映四氯化碳枚举。根据临床审批，规范的性质，和CSS的广泛使用， 在体内建模四氯化碳捕获和检测技术，利用等效的样品制备，加工，鉴定标准的发展将是有利的，因为结果将是媲美从患者样本获得的。然而，由于该卷的REQ制备仪器uirements不可能处理的血液使用该自动化平台小卷。此外，以前的工作由ELIANE 等人 ²⁵表明，与小鼠上皮细胞样品（其也符合标准CTC定义[EpCAM的⁺ CK ⁺ DAPI ⁺ CD45 ^- ]）的污染可导致小鼠鳞状上皮细胞误判为车辆检验中心。解决这些问题的一个适应的技术，使CSS的四氯化碳试剂盒试剂结合的手动分离过程的利用率被开发。另外一个FITC标记的人白细胞抗原（HLA）抗体的测定法允许人肿瘤细胞是从小鼠鳞状上皮细胞区别开来。

这份手稿描述了标准，商业开发和优化的CSS协议处理病人的血液样本和常见的陷阱可能遇到的，包括discrepan吨的项目，可导致四氯化碳误分。此外，CSS试验，以检查捕获的CTC和可比适于CSS技术，其允许的CTC的由小体积的血液中转移的临床前小鼠模型的富集和检测的用户定义的蛋白质的特性进行自定义进行说明。

研究方案

在这个手稿中描述的所有的人进行了研究，根据批准的西方大学的人类研究伦理委员会的协议。所有动物实验均按照加拿大理事会关于动物保护的建议进行的，根据批准的西方大学动物使用小组委员会的协议。

1。标准四氯化碳枚举从病人的血液样本使用的CSS

1。人体血液样品采集和加工准备的制备仪器

1. 使用标准无菌采血技术，绘制一个最小为8.0毫升人类血液到10ml CellSave管（以下简称为CTC防腐剂管），其中包含乙二胺四乙酸（EDTA）和专有的蜂窝防腐剂。逆转管5倍，以防止血液凝固。样本可立即被处理或在室温下保存长达96小时。
2. 祛瘀从冰箱里éCSS的试剂，并允许他们使用前加热到室温。
3. 使用一次性装置10毫升吸管和自动移液器，收集7.5毫升血液从四氯化碳防腐管，慢慢地血液分配到一个适当标记的制备仪器加工管。
4. 加6.5毫升的稀释缓冲液对每个样品。颠倒样品5倍混合。在800×g离心10分钟，在“关”位置的制动离心样品。请按照准备仪器的屏幕上的说明来加载所有患者样本在系统上进行处理。样品必须在1小时内准备处理。

2。控制加工配制的制备仪器

1. 然后振荡控制小瓶和反转5X混合。
2. 小心地控制瓶取下瓶盖并放置一个倒置的准备仪器加工管上不封顶的小瓶的顶部。在一个迅速的动作，反转管制瓶，倒内容到处理管。而倒，轻轻一抖控制小瓶的两侧，以排出残留的内容。
3. 小心地从处理管取出反转控制小瓶中，确保没有液体丢失，并放置在一边。使用1,000微升移液器，收集小瓶和盖任何剩余的内容，轻轻地吸取到处理管。
4. 按照关于编制仪器屏幕上的指示来控制加载到系统中进行处理。

3。对分析仪器的样品扫描

1. 请按照准备仪器的屏幕上的说明卸载所有样品从系统中。松散封顶每个磁性装置盒，用双手或实验室工作台上释放被粘在盒的边缘任何气泡挖掘磁性器件。一旦所有的泡沫已被删除，坚决帽筒，奠定了磁性器件平坦，而我ncubate在黑暗中为至少20分钟，在室温下进行。样品必须在准备24小时扫描。
2. 打开分析仪和初始化灯泡。一旦回暖（约15分钟），加载系统验证匣放入分析仪器并选择QC测试选项卡。按照屏幕上的说明进行必要的质量控制措施。
3. 样品加载到分析仪器并选择病人测试标签。从准备仪器内的所有保存的信息将被显示。单击开始初始化样本扫描。该系统将磁器件盒上进行粗调焦和边缘检测。
4. 调整所有的边按需要使用方向键。选择接受 。该系统将进行微调对焦，并开始样品扫描。
5. 下面的控制扫描的结果，应使用尖高（CK ⁺ DA对细胞的定义的标准进行验证PI ⁺ CD45 ^- APC ^+）和低（CK ⁺ DAPI ⁺ CD45 ^- FITC ^+）的浓度。下列患者样本扫描结果应使用四氯化碳定义的标准（CK ⁺ DAPI ⁺ CD45 ^{- ）}捕获的CTC进行审查。

2。 CTC表征使用CSS的用户自定义标记

1。用户自定义的标记和仪器初始化准备

1. 稀释的使用下面的公式，其中，工作浓度是抗体除了样品和库存浓缩后的浓度使用债券初级抗体稀释液中的标记试剂杯的期望浓度感兴趣的抗体是抗体的浓度试剂杯。对于多个样品，调整为表1中所述的抗体量。将标记试剂杯到试剂盒和L在位置1OAD墨盒上的CSS。
   股票集中度=（工作浓度X 850微升）/ 150微升
   
2. 收集血液，制备样品，并载入准备仪器如上面的标准四氯化碳枚举从病人的血液样本使用了CSS协议描述。要启用自定义标记此外，选择用户定义检测时的准备仪器提示。输入标记名称，然后选择保存 。由于样品装载到机器上，操作员将被提示来指示应根据需要选择是或否接收自定义标记。

2。对分析仪器用户定义的标记样品扫描

1. 打开分析仪，初始化灯，并作为标准四氯化碳枚举的第3.2节从病人的血液样本使用CSS的描述进行质量控制和系统验证的协议。
2. 样品加载到分析仪器，然后选择设置选项卡。要初始化FITC通道，选择CellSearch四氯化碳作为下测试协议部分套件的ID。从这个菜单中，选择四氯化碳研究 ，单击编辑按钮，并根据需要设置曝光时间。建议在1.0秒的曝光时间不使用的CSS四氯化碳组件时，因为这可以提高渗色成用于反恐委员会确定的其他荧光通道超标。

3。标准CSSProtocol适应于临床前小鼠模型的使用

*从Veridex的鼠标/鼠CellCapture套件改编（不再市售）

1。小鼠血液收集和存储

1. 前采血，跑〜30微升0.5M的EDTA通过22号针头来回，留下少量的EDTA的枢纽。
2. 收集至少50微升小鼠血液从小鼠通过原位，尾静脉或心内途径与人类肿瘤细胞预先注入。收集血液从大隐静脉（串行CTC分析）或通过心脏穿刺（终端CTC分析）。卸下针和血液分配到1毫升EDTA的微量血液收集管。通过倒置或轻轻一抖管混匀，以防止血液凝结。长达48小时，在加入CytoChex蜂窝防腐剂等体积的血液可以被立即处理或在室温下保存。

2。 CTC富集

1. 从冰箱中取出的CSS试剂，并允许他们使用前加热到室温。
2. 转移的50微升全血的相当于12毫米×75毫米流式细胞管。加入500微升的稀释缓冲液中向每个样品，洗下残留在管的两侧任何血液。如果需要的话，短离心机旋可用于收集任何残留的血液。
3. 然后振荡的抗-EpCAM的铁磁流体，并添加25μl的各样品通过将移液管的尖端直接进样。加入25微升捕获增强试剂和旋涡轻轻混匀。孵育的样品在室温下放置15分钟。
4. 放置样品管放置在磁体并孵育10分钟。而试样管仍然在磁体中，使用玻璃吸管小心吸出残留的液体不接触所述管的壁旁的磁铁并丢弃。

3。 CTC法

1. 从磁体，重悬在50μl核酸染料，加入50μl染色试剂，1.5微升抗小鼠CD45-APC，5.0微升的抗人HLA-的Alexa Fluor 488，和100微升的透化的的取出样品管试剂。对于多个样品，这些试剂可预混和206.5微升的混合物可以被加入到每个管中。涡轻轻混匀孵育20分钟，在室温下在黑暗中。
2. 加入500微升的稀释缓冲液，轻轻涡旋，这里的样品管插入磁铁，并孵育10分钟。而试样管仍然在磁体中，使用玻璃吸管小心吸出残留的液体不接触所述管的壁旁的磁铁并丢弃。从磁体取出样品管，并重新悬浮于350微升的稀释缓冲液。轻轻旋涡混匀。

4。磁性设备装载

1. 使用凝胶加载提示，小心地从样品管的整个体积转移到磁性装置中的墨盒。开始在盒的底部，并慢慢抽出尖的样品分配。
2. 一旦整个样品已转移，松松盖住磁性装置盒，用双手或实验室工作台上释放在SECTIO描述了被粘在盒的边缘任何气泡挖掘磁性器件N 从使用的CSS病人的血液样本标准四氯化碳枚举的3.1。
3. 用无菌22号针头的斜面和卡盒的边缘之间将它们俘获弹出任何气泡。一旦所有的泡沫已被删除，坚决帽筒，奠定了磁性器件平坦，孵育在黑暗中至少10分钟。样品必须在准备24小时扫描。

5。对分析仪器手工分离样品扫描

1. 打开分析仪，初始化灯，并作为标准四氯化碳枚举的使用CSS的协议病人的血液样本 3.2节所述的方法进行质量控制和系统验证。
2. 样品加载到分析仪器，然后选择设置选项卡。通过单击格式示例按钮清除磁器件的数据按钮的任何现有数据。使FITC通道次的曝光时间设置为1.0秒如四氯化碳表征使用CSS用户定义的标记第2.2节所述。
3. 点击病人测试选项卡上，选择编辑输入样品信息。选择CellSearch四氯化碳作为工具包的ID和CTC作为研究的测试协议 。输入的星号所指示的其余必要的信息。 保存样品信息，并单击开始 。

结果

标准CTC枚举含量

在CSS的敏感性和特异性得到了很好的记载在文献中。然而，要验证等效四氯化碳回收，尖刺（1,000 LNCaP人前列腺癌细胞）和来自健康志愿者供体无稀释剂的人类血液的样品用标准的CSSCTC协议上的CSS处理。正如预期的那样，未加标的样品是免费的CTC的，0.00±0.00％，和CTC恢复被证明是86.9±4.71％，加标样品（图1A）。从加标样品获得的CSS画廊图像进行的最?...

讨论

尽管自2004年实行了CSS的许多新的反恐技术的发展，这种技术仍然是唯一在市场上临床批准的技术今天，因此它被认为是目前的黄金标准CTC检测和计数。这个手稿表明，虽然CSS有严格的质量控制标准也可以是有待诠释偏见和四氯化碳识别患者样本是从识别太大的不同加标样品中。确定了六大类常用物品不符，可能会导致四氯化碳错误分类的发生。这些差异的项目突出了需要对每一个病人样品多个审...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
0.5 M EDTA
Anti-human CD44-FITC	BD Pharmigen	555478
Anti-human CD44-PE	BD Pharmigen	555479
Anti-human HLA-Alexa Fluor 488	BioLegend	311415
Anti-mouse CD45-APC	eBioscience	17-0451-82
Bond Primary Antibody Diluent	Leica	AR9352
CellSave Preservative Tubes	Veridex	952820 (20 pack) 79100005 (100 pack)
CellSearch CTC Control Kit	Veridex	7900003
CellSearch CTC Kit	Veridex	7900001
CellSearch CXC Control Kit	Veridex	7900018RUO
CellSearch CXC Kit	Veridex	7900017RUO
Instrument Buffer	Veridex	7901003
Streck Cell Preservative (aka CytoChex)	Streck	213350
1 ml Syringe
10 ml Serological pipette
1,000 µl Pipette
1,000 µl Pipette tips
12 mm x 75 mm Flow tubes
200 µl Gel loading tips
200 µl Pipette
22 G Needle
5 3/4 in Disposible Pasteur pipet	VWR	14672-200
5 ml Serological pipette
Automated pipettor
Capillary Blood Collection Tube (EDTA)	BD Microtainer	365974
CellSearch Analyzer II	Veridex	9555	Includes magnests and verification cartirdges
CellSearch AutoPrep System	Veridex	9541
Centrifuge
MagCellect Magnet	R&D Systems	MAG997
Small Latex Bulb	VWR	82024-550
Vortex