近日，北京航空航天大學生物與醫(yī)學工程學院教授常凌乾團隊成功研發(fā)一款名為NICHE的新型納米醫(yī)療芯片。該芯片可以快速檢測肺癌循環(huán)腫瘤細胞（CTCs）內(nèi)PD-L1基因表達和腫瘤細胞響應免疫細胞的行為表型，并進一步對源自患者的CTCs進行亞群劃分，為肺癌患者提供更精準的免疫治療方案。相關研究論文發(fā)表在《美國國家科學院院刊》上。

當前，肺癌患者臨床診斷面臨的最大難點是什么？NICHE芯片如何助力精準免疫治療？其應用前景如何？記者采訪了相關專家。

現(xiàn)有方法存在短板

據(jù)國家癌癥中心公布的數(shù)據(jù)，2022年，我國惡性腫瘤新發(fā)病例數(shù)為482.47萬例。惡性腫瘤已經(jīng)成為嚴重威脅中國人群健康的主要公共衛(wèi)生問題之一。

在眾多腫瘤治療手段中，免疫治療因其顯著療效和創(chuàng)新性，于2013年被《科學》雜志評為年度十大科學突破之一。特別是免疫檢查點抑制劑（如PD-1/PD-L1抑制劑），可以有效阻斷免疫抑制通路，增強機體抗癌能力。然而，在臨床實踐中，僅有部分患者能從免疫治療中獲益，這一療法的普適性與精準度尚待提升。

“在臨床工作中，我們目前主要依賴影像學和活檢手段評估腫瘤狀況，進而制定個性化的免疫治療策略。”常凌乾介紹，影像學在腫瘤檢測中發(fā)揮了重要作用，但僅能在腫瘤發(fā)展到一定階段、形態(tài)明顯變化后才可以檢測。該手段只反映腫瘤大小，無法直接評估腫瘤的良惡性、基因突變狀況以及是否適合靶向治療。

一般而言，腫瘤治療的難易程度并非單純由腫瘤大小決定，關鍵在于是否存在有效的靶向藥物。在常凌乾看來，活檢手段的優(yōu)勢在于能彌補影像學的不足，直接檢測患者的基因信息，從而判斷是否適用特定靶向藥物。

但這種方式同樣存在局限性�；顧z通過手術或穿刺獲取患者少量腫瘤組織，染色后觀察其基因突變情況。這種方法雖然直接，但腫瘤內(nèi)部細胞的異質(zhì)性使得單一樣本難以全面反映整個腫瘤的真實情況。

常凌乾認為，當前肺癌診斷面臨的最大挑戰(zhàn)，在于現(xiàn)有方法無法在全時空范圍內(nèi)準確預測患者是否適合接受特定的免疫療法。如何準確評估腫瘤特征，以實現(xiàn)對免疫治療效果的精準預測，成為提升免疫治療效率亟須攻克的難題。

集多重功能于一身

面對臨床挑戰(zhàn)，常凌乾團隊研發(fā)的NICHE芯片集CTCs捕獲、基因檢測與細胞行為分析功能于一身，展現(xiàn)了極高的檢測速度與精度。

檢測過程中，該芯片首先根據(jù)細胞大小，利用磁場高效去除肺癌患者血樣中的白細胞，精準捕獲CTCs，并使其形成單細胞陣列。隨后采用納米電穿孔技術，將一種新型四面體熒光探針快速準確地遞送至活細胞內(nèi)，實現(xiàn)對PD-L1基因調(diào)控的即時檢測。此外，通過與免疫T細胞共培養(yǎng)，芯片還能原位分析CTCs的增殖及表型變化，并將這些細胞行為與基因表達異質(zhì)性進行深度關聯(lián)分析�！癗ICHE芯片集成了單細胞生物技術領域的多項前沿技術，使得檢測又快又準�！背Ａ枨�說。

為實現(xiàn)對單細胞的精準操控，團隊采用了光鑷技術結(jié)合微流控技術，實現(xiàn)對單細胞的精確捕獲、移動與分離。這樣能確保從患者樣本中精準提取出CTCs等目標細胞，同時有效剔除紅細胞、白細胞等非目標細胞，讓捕獲效率由原來的90%提高到98%，為后續(xù)檢測奠定堅實基礎。

“納米電穿孔技術則是利用直徑五六百納米的通道，將電場精準引導到細胞上，基因探針可瞬間遞送至細胞內(nèi)。”常凌乾說，相比傳統(tǒng)方法，這一技術將檢測時間從數(shù)小時縮短至1秒鐘內(nèi)，同時保證了探針遞送的準確性。

在微小芯片上構建完整的生物實驗環(huán)境，離不開芯片實驗室技術�！霸跈z測到細胞內(nèi)部基因變化后，芯片能夠進一步通過單細胞操控技術在CTCs旁放置免疫細胞，并進行實時連續(xù)的活細胞觀察�！背Ａ枨�說，這一創(chuàng)新設計使研究者能實時觀察免疫細胞與腫瘤細胞的相互作用，以判斷患者是否適合免疫治療，讓臨床預測準確率從約60%提升至90%以上。

未來應用前景廣闊

為全面評估NICHE芯片在臨床上預測免疫治療效果的準確性，常凌乾團隊聯(lián)合北京大學腫瘤醫(yī)院收集了80名非小細胞肺癌患者的外周血，通過檢測證明了該芯片捕獲CTCs并鑒定其基因和行為表型的能力。團隊還對部分患者進行了長時間的用藥監(jiān)測，證實了該芯片在長期監(jiān)測中的適用性。

北京大學腫瘤醫(yī)院副院長吳楠介紹，目前，醫(yī)院正積極與常凌乾團隊合作，努力構建一項旨在篩選肺癌免疫治療潛在受益者的行業(yè)標準。雙方計劃開展大規(guī)模臨床試驗，以期推動肺癌治療的個性化進程，有效減輕患者的醫(yī)療負擔。

“NICHE芯片在大規(guī)模應用過程中面臨的主要挑戰(zhàn)是操作復雜且成本高昂�！背Ａ枨�坦言，NICHE芯片集成了光鑷技術、微流控技術等，并配套使用光顯微鏡等高端設備，用它進行檢測的成本相較于傳統(tǒng)組織活檢等手段顯著增加。為此，團隊正探索在細胞操控、檢測及培養(yǎng)環(huán)節(jié)降低成本。

在提升檢測精準度方面，當前團隊主要聚焦于PD-L1這一關鍵藥物靶點。為進一步增強檢測準確性，團隊計劃拓寬芯片的應用范圍，增加可檢測的細胞基因突變靶點種類。常凌乾說，如果能同時檢測多個靶點，并將檢測準確率提升至95%乃至98%，就有望實現(xiàn)檢測效能的飛躍式提升，進而帶來更精準高效的治療效果。