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L’assemblage et le relâchement de l’interface de capture CTC peuvent être évalués par microscopie. Une distribution uniforme des billes magnétiques (MB) au bas de la puce HB sous un champ magnétique indique un assemblage réussi, tandis que des MB résiduels minimes ou nuls confirment une libération réussie (Figure 2C). Cette étape est essentielle pour déterminer le rendement et la pureté des CTC capturés. Pour valider l’efficacité de capture de la puce d’isolation CTC, nous avons réalisé une expérience de pointe. Un petit nombre de cellules tumorales avec une expression élevée d’EpCAM (PC3 ou LNCaP) ont été dopées dans du PBS contenant une grande population de cellules Jurkat, qui présentent une faible expression d’EpCAM, simulant la présence de cellules sanguines abondantes en circulation. La puce d’isolement CTC a capturé efficacement les cellules tumorales à partir d’échantillons de 1 mL et de 10 mL, démontrant ainsi son débit élevé et sa capacité de tri efficace des CTC (Figure 2D). Pour évaluer la spécificité de la capture basée sur l’IMB, nous avons utilisé une puce de contrôle modifiée avec des SA-MB dépourvus de conjugaison d’anticorps EpCAM. L’absence de capture significative des cellules tumorales a confirmé la spécificité de l’isolement des CTC médié par l’IMB (Figure 2D).
Outre l’efficacité de capture, la pureté est un autre paramètre critique pour l’évaluation des plates-formes d’isolement CTC. Nous avons comparé la pureté des cellules tumorales isolées à l’aide de la puce de capture ou de la puce de purification seule, ainsi que la pureté obtenue par sélection positive et négative séquentielle (Figure 2E). Les deux puces ont considérablement amélioré la pureté des cellules tumorales par rapport au groupe témoin, démontrant leur efficacité dans l’isolement des CTC. Plus important encore, l’utilisation combinée de la sélection positive et négative a encore amélioré la pureté et le rendement des cellules tumorales par rapport à l’utilisation d’une seule méthode.
Pour évaluer davantage les performances des puces de capture et de tri CTC en milieu clinique, nous avons collecté des échantillons de sang périphérique (PB) de six donneurs sains et mené des expériences de dopage. Étant donné l’abondance extrêmement faible de CTC dans les échantillons cliniques, environ 500 à 1000 cellules LNCaP ont été enrichies dans chaque échantillon de 10 mL de PB. Le nombre de globules blancs dans tous les échantillons de PB prélevés se situait dans la plage normale (4-10 × 106 cellules/ml). Les résultats ont démontré que le système de tri CTC maintenait une efficacité de capture et une pureté élevées des cellules tumorales, même lors du traitement d’échantillons cliniques (Figure 2F-G et Figure supplémentaire 2).

Figure 2 : Plateforme de capture et de purification de CTC à structure en chevrons. (A) Flux de travail de la puce d’isolation CTC. Tout d’abord, un champ magnétique stable et des IMB conjugués aux anticorps EpCAM assemblent l’interface de capture. Ensuite, le mélange de vortex au sein de la puce HB améliore l’efficacité du transfert de masse entre les CTC et les IMB, facilitant ainsi la capture accumulée. Enfin, la libération douce des CTC est obtenue en supprimant le champ magnétique. (B) Flux de travail de la puce de purification CTC. La puce HB est modifiée avec des anticorps à sélection négative, et le mélange vortex facilite davantage les interactions leucocytes-anticorps, produisant finalement des CTC hautement purifiés. Barre d’échelle, 100 μm. (C) L’imagerie microscopique démontre l’assemblage et la libération réussis de la puce de capture. (D) Les diagrammes à barres comparent l’efficacité de capture CTC de la plate-forme d’isolement sur différents volumes d’échantillons, en utilisant des SA-MB non fonctionnalisés comme contrôle. Barres d’erreur, moyenne ± écart-type, n = 3. (E) Des diagrammes à barres comparent la pureté des CTC obtenues à l’aide d’une seule puce HB par rapport à celles subissant une capture et une purification séquentielles. Le groupe témoin représente la pureté du CTC non traité. Barres d’erreur, moyenne ± écart-type, n = 3. (F) Identification des cellules dans la puce d’isolement CTC. Les cellules LNCaP ont été colorées avec Hoechst et Calcein AM, tandis que les cellules sanguines ont été colorées avec Hoechst uniquement. Barre d’échelle, 100 μm. (G) Pureté des cellules tumorales et efficacité de capture dans les expériences de dopage utilisant 1 mL ou 10 mL de sang périphérique. Barres d’erreur, moyenne ± écart-type, n = 3. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Les cellules tumorales isolées ont ensuite été soumises à un séquençage unicellulaire à haut débit. Notre protocole intègre un système de codage à barres à cellule unique composé de 60 000 micropuits imbriqués (figure 3A-B). Les micropuits inférieurs, de forme carrée, servent à capturer des cellules individuelles, tandis que les micropuits supérieurs sont conçus pour le chargement de billes. Chaque micropuits inférieur mesure 25 μm de longueur, de largeur et de hauteur, ce qui convient à la plupart des types de cellules. Les puits hexagonaux supérieurs ont un diamètre de cercle inscrit et une hauteur de 50 μm pour accueillir des billes allant généralement de 30 à 50 μm. Le système améliore l’efficacité de la capture des cellules sur la base de la capture cumulative tout en évitant les doublets de cellules grâce aux micropuits d’exclusion de taille. Pour optimiser le protocole de chargement des cellules, nous avons étudié l’efficacité de capture des cellules et le taux d’occupation des micropuits dans différentes conditions d’entrée de cellule (Figure 3C). Les résultats ont montré que l’augmentation de l’entrée de la cellule ne diminuait pas l’efficacité de la capture ; au contraire, il a considérablement amélioré le taux d’occupation. Pour la puce de capture de 60 000 puits, le taux d’occupation des micropuits s’est stabilisé lorsque l’entrée de la cellule a atteint 80 000, ne montrant aucune augmentation supplémentaire avec une entrée supplémentaire. Pour minimiser l’apparition de doublets dus à une charge cellulaire excessive, nous avons sélectionné 80 000 cellules comme entrée optimale. Comme le montre la figure 3D, la puce de code-barres à cellule unique a atteint un taux d’occupation des billes de 85,6 % et de 95,7 %, ce qui a donné un taux d’appariement de 81,9 %. De plus, plusieurs débourtisages ont été effectués conformément au protocole, ce qui a considérablement amélioré l’efficacité de capture et le taux d’appariement grâce à l’effet de capture cumulatif (figure 3D). Notamment, la différence observée dans les rapports d’occupation entre les cellules et les billes est attribuée à la densité et à la masse plus grandes des billes par rapport aux cellules, ce qui leur permet de s’installer plus efficacement dans les micropuits sous l’effet de la gravité. Par conséquent, dans des conditions de charge optimisées, un taux d’occupation d’appariement d’environ 80 % est généralement considéré comme idéal.

Figure 3 : Technologie de codage à barres et de séquençage à cellule unique à haut débit basée sur Microwell. (A) Flux de travail du protocole de séquençage à CTC unique. (B) La microcopie démontre les structures de puits de capture microfluidique à cellule unique/à code-barres. Les processus de capture de cellules, de capture de billes et de récupération de billes sont illustrés de gauche à droite. Barre d’échelle 30 μm. (C) Les tracés linéaires illustrent l’efficacité de capture de cellules et le taux d’occupation des micropuits de la puce de codage à barres à cellule unique (60000 puits doubles) dans différentes conditions d’entrée de cellule. (D) Taux d’occupation des cellules et des billes de code-barres dans des conditions d’entrée de cellule optimisées, ainsi que le rapport d’appariement cellule-bille correspondant. Les panneaux de gauche et de droite montrent l’approche de capture utilisant respectivement plusieurs tentatives de décantation et une seule décantation. Barres d’erreur, moyenne ± écart-type, n = 3. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Enfin, pour valider le protocole intégré pour le tri CTC et le scRNA-seq, nous avons mélangé des cellules PC3, LNCaP et Jurkat à un rapport estimé de 1:3:4000 et les avons chargées sur les puces microfluidiques pour la capture, la purification et le séquençage des cellules tumorales. Grâce à la plateforme efficace d’isolement de cellules tumorales, nous avons obtenu des cellules tumorales positives à l’EpCAM très pures (Figure 4B). Parallèlement, la puce scRNA-seq basée sur la microfluidique a démontré une capacité de profilage précis du type de cellule, les résultats étant visualisés par l’analyse t-Distributed Stochastic Neighbor Embedding (t-SNE) (Figure 4A). Nous avons réussi à identifier trois populations cellulaires distinctes, chacune d’entre elles pouvant être distinguée par des marqueurs uniques (Figure 4C). De plus, les proportions de cellules dans la sortie finale correspondaient étroitement à celles de l’entrée purifiée, confirmant que le processus de codage à barres à cellule unique était non biaisé et exempt de contamination (figure 4B). Un groupe a été identifié comme étant des cellules Jurkat sur la base de l’expression spécifique de TRBC1, IGLL1, CD1E et CD3D (Figure 4D). L’analyse de l’enrichissement des voies a confirmé la robustesse de cette classification (figure 4E). De plus, les deux lignées cellulaires du cancer de la prostate ont été distinctement séparées en grappes individuelles selon des gènes exprimés différentiellement (DEG) (Figure 4F-G). L’amas PC3 a été caractérisé par une forte expression de microséminoprotéine (MSMP), également connue sous le nom de microprotéine sécrétée par PC3. D’autre part, le cluster LNCaP a exprimé de manière unique des marqueurs liés à l’adhésion, à la prolifération et à la pluripotence cellulaires, tels que NEDD4, CTNNA1 (α-caténine 1) et RBBP7.

Figure 4 : Validation du tri CTC et du séquençage de cellules uniques à l’aide d’une expérience de pointe. (A) Graphique t-SNE montrant le profilage du type cellulaire des cellules capturées et purifiées. (B) Diagramme à barres représentant les proportions des trois types de cellules à trois étapes : entrée initiale, post-purification et sortie finale du séquençage. (C) Graphique à points illustrant l’expression de gènes marqueurs uniques dans différents groupes de cellules. (D) Niveaux d’expression de TRBC1, IGLL1, CD1E et CD3D dans toutes les cellules. (E) Analyse de l’enrichissement des voies GO et KEGG des gènes exprimés différentiellement (DEG) dans le cluster Jurkat. (F) Profils d’expression de NEDD4 et MSMP dans toutes les cellules. (G) Graphique du volcan montrant les DEG entre les amas PC3 et LNCaP. Les points rouges représentent les gènes régulés à la hausse dans PC3 ; les points bleus représentent ceux régulés à la hausse dans LNCaP. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
| Mixage principal | Réactif | Dilution finale | Type de tampon |
| 0,5 % F-68 | F-68 | 0.50% | Eau traitée au DEPC |
| PBS | 1× |
| TE-TW | Tris-HCl (pH = 8,0) | 10 millions d’euros | Eau traitée au DEPC |
| EDTA | 1 million d’euros |
| Préadolescent-20 | 0.01% |
| 20× ET (pH = 7,5) | Tris-HCl (pH = 7,5) | 200 millions d’euros | Eau traitée au DEPC |
| EDTA | 20 millions d’euros |
| TE-SDS | Tris-HCl (pH = 8,0) | 10 millions d’euros | Eau traitée au DEPC |
| EDTA | 1 million d’euros |
| SDS | 0.50% |
Tableau 1 : Composition du mélange de réactifs pour la préparation de séquençage à CTC unique. On y trouve des parties des réactifs nécessaires au scRNA-seq, qui peuvent être préparés avant le fonctionnement de la puce pour garantir un processus rapide et fluide.
Figure supplémentaire 1 : Conception de la puce HB. (A) Schéma de principe de la structure microfluidique à deux couches. Dessus : Couche supérieure avec la structure à chevrons. Un encart agrandi montre la géométrie détaillée du chevron, qui est orienté à un angle de 45° par rapport à la paroi du canal, avec une largeur de rainure de 100 μm et un pas de 200 μm. Fond : Couche inférieure composée d’un réseau de piliers de support (28 colonnes × 7 rangées), numérotés de #1 à #28 le long de la direction de l’écoulement. (B) Vue latérale de l’éclat à chevrons. Les rainures à chevrons ont une largeur de 100 μm. La hauteur des structures à chevrons et des piliers de support est de 50 μm. (C) Vue de dessus de l’éclat à chevrons. Chaque pilier de support mesure 500 m de largeur et 1150 m de longueur, avec un espace de 550 m entre les piliers adjacents. (D) Photographie de la puce HB fabriquée. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Figure supplémentaire 2 : Image représentative montrant des cellules tumorales et des cellules sanguines colorées par fluorescence présentes dans le liquide résiduel collecté à la sortie de la puce d’isolement CTC. Les cellules LNCaP ont été colorées avec Hoechst et Calcein AM, tandis que les cellules sanguines ont été colorées avec Hoechst uniquement. Barre d’échelle 100 μm. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Tableau supplémentaire : Séquences d’oligonucléotides utilisées dans la transcription inverse et la préparation de banques Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.