循环肿瘤细胞的单细胞转录组测序定位肿瘤发生的器官

Patients with carcinoma of unknown primary (CUP) present with metastatic disease for which the tissue of origin cannot be identified by traditional physical exam, body scan, and immunohistochemistry study. There are 90,000-150,000 new cases of CUP reported in China every year. However, identifying the tissue of origin is still challenging in clinical practices. We plan to develop a new technology to identify the tissue of origin by the circulating tumor cells in the blood. The circulating tumor cells are enriched and isolated by microfluidic chip platform. Single cell transcriptome RNA sequencing is performed to circulating tumor cells. Because the circulating tumor cells and the tissue of origin share some gene expression patterns, the tissues with the most similar gene expression with the circulating tumor cells can be detected by bioinformatics analysis and therefore the tissue of origin can be identified. The success of this project will promote the application of single cell RNA sequencing in circulating tumor cells, build the reference database for organ specific RNA transcriptome, and develop bioinformatics model for predicting tissue of origin. Compared to current methods, the great advantage of the technology developed in this study is non-invasive, which means no biopsy is needed. The tissue of origin can be detected by circulating blood. The development and application of this technology will benefit the treatment and improve the prognosis of CUP patients.

原发部位不明恶性肿瘤（CUP）是指患者就诊时发现有转移性肿瘤，而其体检、影像及生化免疫检查均无法确定原发部位。中国每年新发CUP肿瘤约9-15万例，原发部位的检测仍然是一个难题。本项目计划开发出一种可以通过病人血液中循环肿瘤细胞来检测CUP患者原发器官新技术。使用微流控芯片平台纯化和分离外周血中的循环肿瘤细胞，对循环肿瘤细胞做单细胞转录组测序，根据循环肿瘤细胞的基因表达和原发部位相似的特征，用生物信息学的方法识别和循环肿瘤细胞基因表达最相似的器官，实现对CUP的原发器官的定位。本项目的实施，将促进单细胞转录组测序技术的发展和在循环肿瘤细胞中的应用，将构建人体主要器官的参考转录组数据库，开发出生物信息学预测原发位置的模型。相比起现有的方法，本项目技术最大的优势是"无创性"：不需要病理切片，只用外周血就可以定位原发肿瘤器官。本技术的开发和未来的应用，将会为CUP患者的治疗和预后带来积极的作用

原发部位不明恶性肿瘤（CUP）是指患者就诊时发现有转移性肿瘤病灶，而其体检、影像及生化免疫检查均无法确定原发部位。中国每年新发CUP肿瘤约9-15万例，原发部位的检测仍然是一个难题。本项目计划开发出一种可以通过病人血液中循环肿瘤细胞来检测CUP患者原发器官新技术。在2年的执行过程中，我们完成了用微流控芯片平台纯化和分离外周血中的循环肿瘤细胞，测试了多种单细胞扩增和测序的方法，并且初步建立了根据循环肿瘤细胞的基因表达和原发部位相似的特点而开发的生物信息学聚类方法。我们的研究结果表明，循环肿瘤细胞可以用微流控平台进行高效率的富集，回收效率达到90%以上。单细胞扩增的方法SMART-seq可以有效的检测到超过10000个转录本。并且我们发现肿瘤的转录组和原发器官的转录组存在较大的相似性。本项目的实施，将促进单细胞转录组测序技术的发展和在循环肿瘤细胞中的应用，将构建人体主要器官的参考转录组数据库，开发出生物信息学预测原发位置的模型。 在后续持续的研究和改进之后，我们有望开发出更好的预测原发位置的方法，其最大的优势是“无创性”：不需要病理切片，只用外周血就可以定位原发肿瘤器官。本技术的开发和未来的应用，将会为CUP患者的治疗和预后带来积极的作用。