免疫療法是臨床上最具有前景的腫瘤治療方式之曾獲2018年諾貝爾生理醫學獎。該療法采用PDL1抑制劑等免疫檢查點抑制劑(ICI)，重新激活癌癥患者體內的免疫細胞，提高對腫瘤細胞的識別和清除能力，但在臨床中，僅有部分患者能從免疫治療中獲益。大量研究表明，僅依靠單一免疫標記物(如PD-L1)，無法準確預測患者對IC的反饋。臨床常規組織活檢，受限于取樣位和檢測的精準性，也無法準確評估腫瘤的異質性。如何精準預測免疫治療的療效，成為了提高免疫治療效率亟待解決的首要問題。

針對上述問題，北航研發團隊研制了一種新型納米醫療芯片，可以快速檢測肺癌循環腫瘤細胞(CTCS)內PD-L1基因表達、以及腫瘤細胞響應免疫細胞的行為表型;進一步對患者來源的CTCs進行亞群劃分，依此預測肺癌患者對免疫療法的治療效果。與傳統組織活檢技術相比，臨床準確率(AUC值)由57%顯著提高到90%以上。

該納米芯片(名為“NICHE”)集CTC捕獲、基因檢測與行為分析于一體。首先采用磁場和細胞尺寸，高效去除(>93%)肺癌病人血樣中的白細胞，并捕獲CTCS使其形成單細胞陣列。利用納米電穿孔技術遞送一種新型四面體熒光探針(DNAT)至活細胞內，快速、精準檢測細胞中內PD-L1基因調控。進一步，與免疫T細胞的共培養，原位分析CTCs增殖和表型變化，并將細胞行為與基因表達異質性進行關聯分析。

為了實現活CTCS內PD-L1基因的量化分析，研發團隊設計了一種具有四面體結構的DNA探針，具有良好的特異性。完成基因檢測的CTCS，保持了良好的活性，通過與免疫T細胞的共培養，研發團隊發現，部分腫瘤細胞在免疫抑制劑存在時，細胞形態發生了明顯的變長，且細胞增殖行為被顯著抑制。根據腫瘤細胞PD-L1的表達情況，研發團隊劃分出了PD-L1高表達與低表達的閾值;另外，根據腫瘤細胞與免疫細胞共培養的結果，研發團隊劃分出了腫瘤細胞形態發生變化的閾值。綜合CTCS中PD-L1高表達(PDL1high)且表型發生變化(PA+)的占比，該研究定義了一種新的指標，“NICHE指數”，用于預測癌癥患者響應免疫療法的療效。

為了評估NICHE在臨床上預測免疫療效的準確性，”該研究收集了80名非小細胞肺癌患者的外周血，通過在NICHE平臺上的檢測，證明了該平臺捕獲CTCS并鑒定其基因和行為表型的能力。從方法對比結果來看，該研究提出的NICHE指數表現出高準確性，其AUC(0.906)明顯高于目前臨床上基于腫瘤組織中PD-L1表達細胞占比的標準參考方法(AUC=0.578)。此外，研發團隊還對部分患者進行了長時間的用藥監測，證實了NICHE在長期監測中的適用性。