Циркулирующие опухолевые клетки (ЦКО) — это клетки, которые отделяются от опухоли и перемещаются через кровоток больного раком. Единичные ЦОК встречаются крайне редко, обычно менее 1 на 1 миллиард клеток. Эти клетки могут поселиться в отдаленных органах, и исследователи считают, что это один из способов распространения рака.Небольшие группы или кластеры ЦОК встречаются еще реже, чем отдельные ЦОК.
Хотя о существовании кластеров ЦОК известно более 50 лет, их распространенность в крови, а также их роль в метастазировании не были тщательно исследованы, в основном потому, что они настолько неуловимы. Однако недавние достижения в биомедицинских технологиях, которые позволяют исследователям улавливать отдельные ЦОК, возобновили интерес к кластерам ЦОК, которые иногда фиксируются вместе с отдельными ЦОК.
Теперь исследователи под руководством Мехмета Тонера, доктора философии, профессора хирургии (биомедицинской инженерии) в Массачусетской больнице общего профиля (MGH) и Отделении здравоохранения Гарвардского технологического института. Science Technology, сообщают о разработке нового микрожидкостного чипа, специально разработанного для эффективного захвата кластеров CTC из цельной необработанной крови.«Очень мало известно о кластерах ЦКО и их роли в прогрессировании и метастазировании рака. Эта уникальная технология предоставляет захватывающую возможность захватить эти исключительно редкие группы клеток для дальнейшего анализа минимально инвазивным способом», — сказал директор NIBIB Родерик И. Петтигрю, доктор философии, доктор медицинских наук «Это вид прорывной технологии, которая может иметь очень большое влияние на исследования рака».
Новая технология, получившая название Cluster-Chip, была разработана при поддержке квантового гранта NIBIB, который финансирует преобразующие технологические инновации, предназначенные для решения основных медицинских проблем со значительным бременем болезней, таких как предотвращение метастазирования рака или точная адаптация терапевтических средств к конкретному заболеванию. биология раковых клеток человека.Тонер и его сотрудник доктор Дэниел Хабер, доктор медицины, доктор философии, также из MGH, недавно использовали Cluster-Chip для захвата и анализа кластеров ЦОК в группе из 60 пациентов с метастатическим раком молочной железы, простаты и меланомы. Исследователи обнаружили кластеры ЦОК — от двух до 19 клеток — у 30-40 процентов пациентов.
«Эти кластеры встречаются гораздо чаще, чем мы думали в прошлом», — сказал Тонер. «Тот факт, что мы видели кластеры у такого количества пациентов, действительно является замечательным открытием».Дальнейший анализ кластеров ЦОК пациентов позволил по-новому взглянуть на биологию кластеров ЦОК. Исследователи опубликовали свои результаты в онлайн-выпуске Nature Methods от 18 мая 2015 года.
Чип предназначен для медленного проталкивания крови через множество рядов микроскопических столбиков треугольной формы. Столбы расположены таким образом, что каждые две стойки направляют ячейки к вершине третьей стойки. На кончике отдельные клетки, включая клетки крови и одиночные ЦОК, легко скользят по обе стороны от штифта и проходят через чип, пока не достигнут следующего кончика; однако кластеры CTC остаются на вершине, висящие на балансе из-за сил, тянущих их вниз по стойке в противоположных направлениях.Чтобы определить эффективность Cluster-Chip, исследователи ввели в чип кластеры клеток с флуоресцентной меткой (от 2 до 30 клеток) и подсчитали количество захваченных кластеров и количество, прошедшее через них незамеченными.
При скорости кровотока 2,5 мл / час чип захватил 99 процентов кластеров, содержащих четыре или более клеток, 70 процентов кластеров из трех клеток и 41 процент кластеров из двух клеток. Сравнение кластеров под микроскопом до и после захвата показало, что чип не оказывал отрицательного влияния на целостность кластеров в целом.Затем исследователи сравнили эффективность своего нового чипа с двумя методами, которые используются в настоящее время, и позволили получить некоторый успех в захвате кластеров CTC.
Они обнаружили, что при одинаковых скоростях кровотока Cluster-Chip был значительно более эффективным, чем метод на основе фильтра, который проталкивает кровь через мембрану с порами, достаточно большими, чтобы пропускать одиночные клетки. Чип также был более эффективным, чем другой микрожидкостный чип, ранее разработанный Тонером, который изолирует ЦОК и иногда кластеры с использованием антител, которые прикрепляются к особым белкам, обнаруженным на поверхности некоторых опухолевых клеток.Результаты подчеркивают важность уникальной техники захвата Cluster-Chip, которая основана на структурных свойствах кластеров СТС, а не на их размере или присутствии поверхностных белков. Это последнее свойство делает Cluster-Chip хорошо подходящим для захвата кластеров СТС от ряда типов рака, включая те, которые теряют поверхностные белки во время метастазирования, и те, которые никогда их не экспрессируют, например меланома.
Исследователи продолжили тестирование Cluster-Chip в небольшом испытании с участием 60 пациентов с метастатическим раком. В этом исследовании чип захватил кластеры CTC у 11 из 27 (40,7 процента) пациентов с раком груди, у 6 из 20 (30 процентов) пациентов с меланомой и у 4 из 13 (31 процент) пациентов с простатой. Большое количество кластеров, обнаруженных в образцах пациентов, предполагает, возможно, большую роль кластеров в метастатическом каскаде. Хотя значение кластеров ЦОК до конца не установлено, предыдущее исследование, опубликованное Тонером и командой Хабера в Cell (2014), обнаружило связь между увеличением количества кластеров ЦОК у пациентов с метастатическим раком молочной железы и снижением выживаемости, а также связь между наличие кластеров и снижение выживаемости у больных раком простаты.
Чтобы охарактеризовать биологию кластеров, исследователи измерили маркер пролиферации опухолевых клеток — индикатор повышенной инвазивности и неблагоприятных исходов — у одного пациента с раком груди с большим количеством как одиночных ЦОК, так и кластеров. Примерно половина клеток в кластерах пациента была положительной по маркеру пролиферации, демонстрируя, что кластеры могут содержать как активно пролиферирующие, так и покоящиеся клетки.
Исследователи также отметили редкое присутствие неопухолевых клеток в кластерах менее чем у 5 процентов пациентов. «Особый интерес представляет тот факт, что некоторые кластеры СТС содержат иммунные клетки», — сказал Петтигрю. «Учитывая растущее число методов лечения рака, которые задействуют иммунную систему, возможность отслеживать взаимодействия опухоли с иммунными клетками через кровь может иметь большое значение».Тонер ожидает, что Cluster-Chip будет играть важную роль в стимулировании новых исследований в области биологии кластеров CTC: «Это похоже на тыкание в спящего медведя. метастаз рака ".