肿瘤治疗过程中，肿瘤会出现新的突变，最初能起作用的药物有可能慢慢失去药效。因此，针对癌症患者的治疗方案需要不断地调整。研究人员一直试图通过肿瘤细胞体外化疗敏感性检测指导化疗药物的选择。然而，目前已有的各种肿瘤原代细胞体外药敏试验，与体内药效可能差异巨大，不宜进入广泛的临床应用。如果在肿瘤治疗过程中，能够实时获取更接近体内肿瘤特性的体外培养体系，将为化疗方案的设计提供更多的临床依据。
研究发现患者血液中的循环肿瘤细胞(CTCs)保持了它们来源的实体肿瘤的部分特性，能被用于追踪实体肿瘤的性质和变化;加之CTCs的分离获取对人体是无创的，这使得用CTCs进行实时体外培养，筛选药物敏感性成为可能。
麻省总医院和哈佛总医院的研究人员从雌激素受体阳性(ER+)的乳腺癌患者血液中，分离了CTCs，然后进行细胞培养扩增。多次试验发现，CTCs最适宜在添加有EGF和FGF2的无血清培养基，4% O2下悬浮培养。研究人员成功地从36位ER+的乳腺癌患者血液中分离培养出6个CTCs细胞系，培养6个月后 CTCs仍保持着初始特征 。研究人员测试了其中5种CTCs细胞系在小鼠体内的成瘤性，其中3种细胞系在3个月内成瘤。这些CTCs来源的肿瘤与其匹配的原发肿瘤具有相同的组织学和免疫组化特性。培养后的CTCs进行基因组测序，结果发现CTCs与它们起源的实体肿瘤保持着一致的遗传特性，但又拥有一些新的遗传突变。如一半的CTCs拥有ESR1(编码ERα)突变，这与病人接受长期芳香酶抑制剂治疗的历史一致。研究人员利用CTCs保持病人的耐药性的特点，使用CTCs细胞系测试新的靶向药物的敏感性。他们发现热休克蛋白90抑制剂STA9090可以引起ESR1突变的CTCs死亡;STA9090和PI3KCA抑制剂协同作用，可加速杀死PI3KCA突变的CTCs。通过分离CTCs进行体外培养，也许能够监控每个患者不同治疗阶段对药物敏感性的变化。如果将之运用于临床治疗过程中，或许可以帮助患者寻找最适合的治疗方案。
肿瘤异质性是指肿瘤在生长过程中，经过多次分裂增殖，其子细胞呈现出分子生物学或基因方面的改变，从而同一肿瘤组织中的细胞可以分为多个亚群，不同亚群肿瘤细胞的生长速度、侵袭能力、对药物的敏感性、预后等各方面有较大差异。因此，对肿瘤组织细胞进行药敏检测得到的结果(包括基因检测)代表的是优势细胞亚群的药物敏感性，而不是只占肿瘤细胞总数1%，可转移到血液中的CTC的药物敏感性。因此检测结果指导肿瘤治疗导致了目前对肿瘤的治疗效果不佳。肿瘤的异质性是肿瘤难以彻底治愈的“拦路虎”。
血液中的CTC是后续转移肿瘤的种子细胞，对CTC的药物敏感性进行检测，可指导使用对种子细胞杀伤作用最强的药物，彻底杀死肿瘤细胞，提高治愈率。
化学治疗和靶向治疗是目前肿瘤的主要治疗手段。近30年来，虽然某些恶性肿瘤通过化学治疗或靶向治疗有明显改善，但多数肿瘤疗效仍不理想。这与CTC存在个体差异性，以及多重耐药性等因素有关。因此如何选择有效药物，进行有的放矢的个体化治疗是医生所关注的问题。
对CTC进行药敏试验，可筛选出最有效的化疗和分子靶向药物，或者联合用药方案，用来进一步指导个体化治疗。我们以非小细胞肺癌患者50例作为研究对象，25例富集患者外周血中的CTC注射小鼠培养，成瘤之后取肿瘤细胞进行体外药敏试验，评价不同化疗药物和靶向药物的敏感性。另外作为对照组25例医生按常规的治疗方案治疗。
随访一年记录临床疗效，对照组的中位PFS分别为7个月，而CTC药敏组12个月内只有6个病人复发，中位PFS大于12个月，因此实施CTC检测个体化治疗方案的患者肿瘤复发率明显低于常规联合化疗方案的患者。另外CTC检测个体化治疗也可以为肝癌、胃癌患者筛选出敏感、有效、个体化的化疗方案，提高病患的生存率，降低肿瘤的复发风险。
Hamilton G研究组首次建立了小细胞肺癌(SCLC)患者的永久性CTC培养。复发性肺癌患者BHGC7对最初几周卡铂/足叶乙甙的治疗作出反应，但肿瘤在10个月后复发，表现为多发性骨转移。这个病人对进一步的治疗没有反应，在肿瘤进展后不久死亡。BHGC10 CTC来源于一个难治患者的血液样本，患者接受第二线药物治疗之前。该患者接受了三个周期的卡铂/足叶乙甙，但在治疗下进展明显表现出对铂类药物的耐药性，与我们随后的体外细胞毒性试验一致。从两名患者身上获得永久性CTC培养物，并检查其对顺铂、依托泊苷、表阿霉素和拓扑替康的敏感性。在最大可达到峰值血浆浓度约为3μg/ml的范围内，BHGC10显示顺铂的IC50值为2.2μg/ml;而BHGC7是化疗敏感的。所有的细胞系似乎对依托泊苷敏感，因为该药物在体内呈现峰值血浆浓度高达20μg/ml，明显超过各自所测定的IC50值。CTC线表达典型的小细胞肺癌标志物，显示缓慢扩散，细胞倍增时间约为60小时。两种CTC培养物对表阿霉素高度敏感，与蒽替卡坦相比，这种蒽环类药物在摩尔基础上更敏感。
如下图。IC50相差几倍。因此，在同一剂量下，对有些肿瘤患者而言，已经是超出身体的承受范围，对患者而言是损伤作用;而对另一些患者，这种剂量是不足以对肿瘤细胞造成杀伤。不论那种情况，药物化疗是失败的。由此可见，对抗肿瘤药物的药物敏感性检测是非常有必要的。
肿瘤化疗药敏检测有体外与体内两类检测方法。国内外常用的体外药敏试验检测法有MTT法、CD-DST法和ATP-TCA法。国内以往常用MTT法，现已逐渐淘汰;日本现常用CD-DST法;而欧美常用ATP-TCA法。ATP-TCA(三磷腺苷生物发光法)检测技术是近年来发展起来的最先进的肿瘤药敏检测技术，美国国立卫生研究院的GOG (Gynecologic Oncology Group)项目组认为ASP-生物发光体外检测肿瘤化疗敏感性方法是最有发展前途的一种药敏试验方法。该技术体外检测结果与体内治疗反应间具有高度的一致性，其总的预测准确率在85%以上，阳性和阴性预测值、敏感性和特异性均高于其他技术。
肿瘤药筛的主要方法
1、单细胞体外培养法
以胶原酶、胰酶或机械法将肿瘤组织分离出单细胞悬液，以单细胞悬液加测试药物进行培养，以观察克隆形成、MTT、ATP 荧光值等不同检测终点，评价肿瘤细胞对药物的敏感性，其中最常用的方法是MTT、MTS、ATP 法。该类方法检测方法简单、实验时间短，但成功率低、可靠性差。因为原代细胞分离成单细胞后，因不能模拟体内微环境故不易培养生长，大多数细胞会发生凋亡。这可能是长期以来临床医生未能接受药敏指导化疗的主要原因。
2、CTC检测
CTCs是从肿瘤病灶脱离并播散到血液中的肿瘤细胞，是恶性肿瘤患者出现术后复发和远处转移的重要原因，也是导致肿瘤患者死亡的重要因素。近几年CTCs在肿瘤诊断、监控等方面的临床表现逐渐崭露头角，是目前最具发展潜力的肿瘤无创诊断和实时疗效监测手之一。大量实验已经证实CTCs检测有助于肿瘤的早期诊断、判断患者预后、评估抗肿瘤药物的疗效及制定个体化治疗方案。目前，CTC可用于提取并体外培养来进行药物筛选。
3、人肿瘤细胞原代裸鼠移植瘤模型法(PDX模型)
为了模拟体内的环境，人们将肿瘤组织块接种于裸鼠的皮下，建立裸鼠移植瘤模型。由于裸鼠因缺乏T淋巴细胞, 异种移植时排斥反应不明显, 进行人肿瘤移植时，可保持原有的生物学特性及对抗癌药物的敏感性，故实验结果可靠性较高。但该方法目前成功率还不高(文献报告成功率约50%左右)，而且操作复杂、实验室要求高、移植瘤生长慢、实验耗时长、费用昂贵等，因此不适合常规临床药敏试验, 现仅用于新药测试。
4、胶原凝胶包埋培养法
为了更好地模拟体内微环境，Kobayashi建立了胶原凝胶包埋培养法(CD-DST法)，该法首先通过酶消化获得单细胞成分，再将细胞包埋于胶原凝胶中，构成与体内相似的微环境进行三维培养，之后加入化疗药物共同培养，利用图像分析系统计算肿瘤细胞体积的变化来评价肿瘤对化疗药物的敏感性。该法目前在广泛地应用，但成功率仍不高，费用贵。
5、微组织块培养
该法将肿瘤组织以组织块的形式在胶原上进行培养，然后加入化疗药物，观察组织块对化疗药物的敏感性。其特点是保持细胞间接触，维持组织形态和功能，更加接近机体实体瘤内环境，临床效果相关性好，非常适用于临床应用。该法是目前较理想的实体瘤药敏试验方法，但对于晚期或复发肿瘤患者(难以拿到肿瘤组织块标本)则局限性较大。
目前针对肿瘤组织细胞的药敏检测主要用于化疗，基因检测主要用于靶向药物治疗，安徽贝铭生物科技有限公司开发的循环肿瘤细胞药敏检测方法(CTC检测法)能同时检测化疗药物和靶向药物敏感性，将成为抗肿瘤药物筛选的金标准，有望大幅优化现有抗肿瘤药物的使用，显著延长肿瘤患者生存期。
参考文献
1.YuM, et al. Cancer therapy. Ex vivo culture of circulating breast tumor cells for individualized testing of drug susceptibility. Science. 2014 Jul 11;345(6193):216-20.
2. Hamilton G, etal. Second-line therapy for small cell lung cancer: exploring the potential role of circulating tumor cells. Trans Lung Cancer Res 2016: 5(1):71-77.
