Skip to content

29 Oct 2026

Circulating Tumor Cells: Isolation Techniques and Culture Protocols

Tế bào ung thư lưu hành: Kỹ thuật tách chiết và quy trình nuôi cấy

Tế bào ung thư lưu hành (CTCs) là những tế bào ung thư hiếm gặp được giải phóng từ khối u nguyên phát hoặc các vị trí di căn vào dòng máu. Mặc dù số lượng của chúng rất ít—thường ít hơn 10 CTCs trên mỗi mililit máu so với hàng tỷ tế bào máu bình thường—những tế bào này cung cấp những thông tin quý giá về sinh học khối u, cơ chế di căn và phản ứng với điều trị. Sự tiến bộ trong công nghệ tách biệt CTC và quy trình nuôi cấy hiện cho phép các nhà nghiên cứu thu thập, đếm và đặc trưng hóa các tế bào này cho các ứng dụng ung thư học chính xác, từ chẩn đoán sinh thiết lỏng đến thử nghiệm độ nhạy thuốc ex vivo.

Điểm chính

  • CTCs xuất hiện với tần suất cực kỳ thấp, đòi hỏi các công nghệ làm giàu có độ nhạy và độ đặc hiệu cao
  • Các phương pháp tách biệt tận dụng các đặc tính vật lý (kích thước, mật độ) hoặc các dấu hiệu sinh học (EpCAM) để thu thập CTC
  • Việc nuôi cấy CTC thành công đòi hỏi các điều kiện chuyên biệt để giải quyết các thách thức về kháng anoikis và tăng sinh
  • Các dòng tế bào và mô ghép từ CTC cung cấp nền tảng cho thử nghiệm độ nhạy cảm với thuốc và nghiên cứu cơ chế
  • Phân tích tế bào đơn lẻ của CTCs cho thấy sự đa dạng và tiến hóa của khối u dưới áp lực điều trị

Thách thức về sự hiếm gặp của CTC

Tế bào ung thư lưu hành (CTC) là một nhóm tế bào cực kỳ hiếm trong máu ngoại vi, thường xuất hiện với tần suất từ 1 đến 100 tế bào trên 10 mL máu, trong đó có khoảng 50 tỷ tế bào hồng cầu và 50 triệu tế bào bạch cầu. Sự hiếm gặp này—khoảng 1 CTC trên một triệu đến mười triệu tế bào máu có nhân—yêu cầu các công nghệ làm giàu có độ nhạy và độ đặc hiệu cao, có khả năng thu hồi các sự kiện hiếm gặp đồng thời loại bỏ lượng lớn tế bào máu bình thường.

Số lượng CTC có tương quan với giai đoạn bệnh, với bệnh nhân ung thư di căn thường có nhiều CTC hơn so với những bệnh nhân có bệnh lý cục bộ. Tuy nhiên, ngay cả trong ung thư giai đoạn tiến triển, CTC vẫn hiếm, và một số bệnh nhân có CTC không thể phát hiện được mặc dù có bệnh lý di căn rộng rãi. Sự biến đổi này phản ánh sinh học phức tạp của quá trình xâm nhập mạch máu của tế bào ung thư, sự tồn tại trong tuần hoàn và quá trình thoát mạch đến các vị trí xa.

Ý nghĩa lâm sàng của CTCs như các dấu hiệu tiên lượng và dự đoán đã được xác nhận trên nhiều loại ung thư. Việc Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) phê duyệt hệ thống CellSearch để đếm CTC trong ung thư vú, tuyến tiền liệt và đại trực tràng di căn đã xác nhận CTCs là các dấu hiệu lâm sàng hữu ích. Nghiên cứu tiếp tục mở rộng ứng dụng từ đếm CTC đến đặc trưng phân tử, cho phép các phương pháp điều trị ung thư chính xác.

Phương pháp tách biệt miễn dịch từ tính

Hệ thống CellSearch đại diện cho tiêu chuẩn vàng trong nền tảng tách biệt CTC được FDA phê duyệt. Phương pháp này sử dụng các hạt từ tính miễn dịch liên kết với kháng thể chống EpCAM (molécule d'adhésion cellulaire épithéliale) để bắt giữ các tế bào ung thư có nguồn gốc biểu mô. Sau khi tách biệt từ tính, CTCs được xác định bằng cách nhuộm dương tính với cytokeratins và DAPI, và nhuộm âm tính với dấu hiệu bạch cầu CD45 để loại trừ các tế bào bạch cầu nhiễm bẩn.

Phương pháp bắt giữ dựa trên EpCAM hiệu quả trong việc làm giàu CTC từ các khối u biểu mô duy trì biểu hiện biểu mô, nhưng có thể bỏ sót CTC đã trải qua quá trình chuyển đổi biểu mô-mesenchymal (EMT) và giảm biểu hiện các dấu hiệu biểu mô. Các quần thể CTC liên quan đến EMT có thể có tiềm năng di căn cao hơn, làm cho việc phát hiện chúng trở nên quan trọng về mặt lâm sàng. Các kháng thể bắt giữ thay thế hoặc bổ sung nhắm vào các dấu hiệu mesenchymal mở rộng khả năng phát hiện các quần thể CTC đa dạng về biểu hiện.

Các phương pháp loại bỏ âm tính loại bỏ các tế bào máu bình thường thay vì chọn lọc tích cực CTC. Loại bỏ dựa trên CD45 loại bỏ bạch cầu, cho phép thu hồi CTC độc lập với biểu hiện dấu hiệu biểu mô. Phương pháp này bắt giữ các quần thể CTC đa dạng về biểu hiện, bao gồm cả tế bào EMT, nhưng cung cấp độ tinh khiết thấp hơn so với các phương pháp chọn lọc tích cực.

Tách biệt dựa trên kích thước và vi lưu thể

Phân tách dựa trên kích thước tận dụng đường kính lớn hơn của hầu hết CTC (15-25 μm) so với bạch cầu (7-15 μm). Lọc qua màng có kích thước lỗ xác định (thường là 8 μm) giữ lại CTCs trong khi cho phép các tế bào máu nhỏ hơn đi qua. Phương pháp không sử dụng nhãn này thu thập CTCs bất kể biểu hiện dấu hiệu bề mặt, nhưng có thể mất các CTC nhỏ hơn hoặc CTC có độ biến dạng cho phép đi qua lỗ.

Các thiết bị vi lưu chất cho phép tách biệt CTC phức tạp thông qua nguyên lý tách biệt vật lý và sinh học tích hợp. CTC-iChip kết hợp dịch chuyển ngang xác định để làm giàu dựa trên kích thước với loại bỏ bạch cầu bằng từ tính miễn dịch. Phương pháp chọn lọc âm tính này thu hồi CTC sống mà không cần gắn kháng thể, tránh can thiệp vào quá trình nuôi cấy hoặc phân tích sau đó.

Các nền tảng vi lưu chất tích hợp kháng thể chống EpCAM trên bề mặt chip bắt giữ CTCs dưới điều kiện dòng chảy được kiểm soát. Các thiết bị này đạt hiệu suất bắt giữ cao đồng thời cho phép tích hợp với phân tích sau đó, bao gồm nhuộm miễn dịch trên chip hoặc giải phóng tế bào để nuôi cấy. Thiết kế vi lưu chất song song tăng năng suất cho các ứng dụng lâm sàng.

Các quy trình nuôi cấy CTC

Việc nuôi cấy CTC đặt ra nhiều thách thức ngoài tính hiếm có của chúng. Các tế bào ung thư lưu thông phải sống sót qua quá trình tách rời khỏi ma trận khối u nguyên phát, xâm nhập mạch máu, áp lực dòng chảy tuần hoàn và tấn công miễn dịch — chọn lọc các tế bào có đặc tính sống sót đặc biệt. Những tế bào sống sót này thường ở trạng thái nghỉ ngơi hoặc dễ bị apoptosis trong điều kiện nuôi cấy tiêu chuẩn được tối ưu hóa cho các dòng tế bào đã được thiết lập.

Điều kiện nuôi cấy siêu ít bám dính thúc đẩy sự sống sót của CTC bằng cách ngăn chặn anoikis (apoptosis do tách rời). Nuôi cấy trong môi trường tế bào gốc chứa EGF, FGF và insulin hỗ trợ sự phát triển của CTC đồng thời duy trì các đặc tính khởi phát khối u. Nuôi cấy khối cầu ba chiều trong điều kiện này làm giàu các tế bào có đặc tính tương tự tế bào gốc.

Nuôi cấy trong điều kiện thiếu oxy (1-5% O₂) cải thiện khả năng sống sót và phát triển của CTC so với oxy khí quyển. Thiếu oxy duy trì các đặc tính của tế bào gốc và giảm stress oxy hóa có thể hạn chế sự mở rộng của CTC. Sự kết hợp giữa nồng độ oxy thấp với môi trường nuôi cấy chuyên biệt và các yếu tố tăng trưởng tạo ra điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của CTC.

Dòng tế bào và mô ghép ngoại lai được phân lập từ CTC

Việc thiết lập thành công các dòng tế bào CTC vĩnh viễn vẫn còn là thách thức, với tỷ lệ thành công thường dưới 20% ngay cả ở bệnh nhân ung thư di căn. Khi đạt được, các dòng tế bào này cung cấp các mô hình tái tạo đại diện cho quần thể tế bào di căn. Các dòng tế bào CTC có đặc tính khác biệt so với các dòng tế bào từ khối u nguyên phát, phản ánh quá trình chọn lọc trong quá trình di căn.

Xenograft được tạo ra từ CTC (CDX) bằng cách tiêm CTC của bệnh nhân vào chuột thiếu miễn dịch cung cấp các mô hình in vivo cho thử nghiệm thuốc và nghiên cứu di căn. Tỷ lệ thành công trong việc thiết lập CDX thay đổi tùy theo loại ung thư và số lượng CTC, nhưng đã được thực hiện trên nhiều loại khối u. Các mô hình này duy trì đặc điểm khối u của bệnh nhân và cho phép thực hiện các nghiên cứu điều trị không thể thực hiện được với số lượng CTC hạn chế.

Đối với nghiên cứu ung thư so sánh, các dòng tế bào đã được thiết lập cung cấp các mô hình được đặc trưng rõ ràng. Tế bào A549 đại diện cho ung thư phổi dạng tuyến để so sánh với CTC ung thư phổi. Tế bào MCF-7 và CTC ung thư vú cho phép xác nhận mô hình ung thư vú. Tế bào HCT116 cung cấp các mô hình tham chiếu cho ung thư đại trực tràng.

Phân tích tế bào đơn lẻ của CTC

Phân tích phân tử đơn bào vượt qua thách thức về tính đa dạng của CTC bằng cách phân tích các tế bào riêng lẻ thay vì các quần thể được gộp lại. Phân tích RNA đơn bào tiết lộ sự đa dạng về bộ gen trong các quần thể CTC, xác định các quần thể con có đặc tính di căn hoặc kháng trị liệu riêng biệt. Tính đa dạng này phản ánh cả sự đa dạng nội tại của khối u và sự thích nghi với môi trường tuần hoàn.

Phân tích trình tự DNA đơn bào xác định các đột biến và thay đổi số lượng bản sao trong từng CTC. So sánh với mẫu khối u nguyên phát và di căn theo dõi sự tiến hóa của dòng tế bào trong quá trình tiến triển bệnh và điều trị. CTC có thể chứa các đột biến kháng thuốc trước khi phát hiện lâm sàng sự thất bại của điều trị, cho phép can thiệp sớm.

Phân tích tế bào đơn lẻ ở mức protein bằng kỹ thuật miễn dịch huỳnh quang hoặc cytometrie khối lượng đặc trưng các biểu hiện của CTC, bao gồm trạng thái EMT, các dấu hiệu tăng sinh và biểu hiện mục tiêu thuốc. Thông tin này hướng dẫn lựa chọn điều trị và theo dõi phản ứng ở mức tế bào đơn lẻ.

Ứng dụng lâm sàng và hướng phát triển tương lai

Đếm CTC cung cấp thông tin tiên lượng trên nhiều loại ung thư. Số lượng CTC cao hơn liên quan đến kết quả xấu hơn, và sự thay đổi số lượng CTC trong quá trình điều trị dự đoán phản ứng. Theo dõi CTC liên tục cung cấp đánh giá thời gian thực về tình trạng bệnh thông qua lấy máu ít xâm lấn.

Thử nghiệm độ nhạy thuốc trên CTC được mở rộng hoặc mô hình CTC cho phép lựa chọn điều trị cá nhân hóa. Tiếp xúc ex vivo của CTC bệnh nhân với các liệu pháp tiềm năng xác định các phương pháp điều trị hiệu quả trước khi áp dụng lâm sàng. Phương pháp y học chính xác chức năng này bổ sung cho phân tích gen trong hướng dẫn điều trị.

Xác thực dòng tế bào xác nhận danh tính của dòng tế bào được phát triển từ CTC thông qua so sánh với mẫu khối u của bệnh nhân. Kiểm tra Mycoplasma đảm bảo tính toàn vẹn của văn hóa trong quá trình mở rộng CTC. Dung dịch đông lạnh CM-1 cho phép lưu trữ các tế bào được phát triển từ CTC cho các nghiên cứu theo dõi dài hạn.

Kết luận

Công nghệ tách và nuôi cấy tế bào ung thư lưu hành đã phát triển đáng kể, cho phép tiếp cận với quần thể tế bào hiếm nhưng có ý nghĩa lâm sàng này. Nhiều nền tảng tách biệt giải quyết tính hiếm và đa dạng hình thái của CTC, trong khi điều kiện nuôi cấy chuyên biệt hỗ trợ mở rộng CTC cho các nghiên cứu chức năng. Phân tích tế bào đơn lẻ tiết lộ tính đa dạng của CTC và sự tiến hóa của chúng trong quá trình điều trị. Khi công nghệ tiếp tục cải tiến, CTC sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong y học chính xác ung thư, từ đếm dự đoán đến thử nghiệm độ nhạy thuốc chức năng hướng dẫn lựa chọn điều trị cá nhân hóa.