Новый метод чистого выделения раковых клеток из образца крови позволяет получить всестороннее генетическое профилирование раковых клеток, что может помочь врачам более эффективно выявлять опухоли и контролировать лечение.
Это значительное продвижение в данной области медицины по сравнению с нынешними подходами, поскольку оно также сможет показать различия между раковыми клетками внутри одного пациента.
«Это будет уже совершенно другая игра», — сказал Макс Уича, профессор онкологии в Мичиганском Университете и старший врач по исследованию в Nature Communications.
Более ранние методы означали компромисс между всеобъемлющим генетическим профилем ограниченного подмножества раковых клеток или захватом большинства раковых клеток и возможностью искать только несколько генов. В результате генетические профили часто игнорировали важные популяции раковых клеток, включая клетки, которые, как полагают, распространяют рак в организме.
«Наш чип позволяет нам захватывать чистые циркулирующие опухолевые клетки, а затем извлекать генетическую информацию без какого-либо загрязнения из красных и белых кровяных клеток», — сказал Эуйсик Юн, профессор электротехники и информатики и старший автор исследования.
Многие современные лекарства от рака работают, преследуя клетки с определенными генами, генами, которые помечают их как раковые клетки. Но эти гены не являются равномерно активными в популяции раковых клеток пациента и могут меняться в течение лечения.
Повторные биопсии для мониторинга опухоли болезненны и потенциально опасны для пациента. Захват раковых клеток из образцов крови предлагает неинвазивный способ наблюдать, исчезает ли рак или становится ли он устойчивым к лечению.
«Это позволяет не только выбирать целевые методы лечения, но и контролировать эффекты этих методов лечения у пациентов, делая этот анализ крови», — сказал Уича.
Используя этот метод, команда собрала и проанализировала 666 раковых клеток из крови 21 пациента с раком молочной железы.
Генетический анализ подтвердил, что даже у одного пациента раковые клетки часто ведут себя совершенно по разному. Группа Уича ранее показывала что метастазирование рака опосредовано вызывалось раковыми клетками, которые имеют свойства стволовых клеток. Хотя раковые стволовые клетки составляют лишь несколько процентов опухолевых клеток, они составляют более высокую долю раковых клеток в кровотоке. В этом исследовании, около 30-50% раковых клеток, захваченных из образцов крови, имеют свойства стволовых клеток.
Эту популяцию особенно легко не заметить с помощью методов, которые захватывают чистые, но неполные образцы раковых клеток из крови пациента, захватывая белки на поверхности клеток. Стволовые клетки находятся в спектре между двумя более типичными типами клеток, что означает, что они не отображают последовательные белковые маркеры.
Чтобы получить чистый и беспристрастный набор раковых клеток из пробирки с кровью, команда начала с метода, который удаляет клетки крови, сортируя образец крови в соответствии с размером клеток. Начиная примерно с одной раковой клетки на миллиард клеток крови, этот шаг оставил только около 95 клеток крови на каждую раковую клетку. Но это все еще слишком загрязнено для детального генетического анализа.
Новый метод, который исследователи называют Hydro-Seq, избавляется от этих последних клеток крови, а затем анализирует каждую клетку.
Ключевой технологией является микросхема с системой каналов и камер. Она захватывает раковые клетки по одной, вытягивая жидкость через дренаж в каждой камере, который закупоривается, когда проходит раковая клетка. Как только камера закрыта, клетки в канале проходят мимо нее и всасываются в следующую камеру. Затем, чтобы «смыть» клетки крови с чипа, они пропустили чистую жидкость назад через чип и вытащили ее снова, забрав почти все остальные заражающие клетки.
С чистым образцом изолированных раковых клеток команда сделала генетические профили. Они преследовали «транскриптомы» клеток, в основном, снимки того, что в ДНК считывается и используется каждой клеткой. Это выявило активные гены клеток.
Они захватили транскриптомы с помощью штрих-кодированных бусин, метод, который до сих пор было трудно использовать с небольшими образцами клеток. Команда бросила в каждую камеру штрих-кодированный шарик-бусинку, а затем закрыла камеры, прежде чем уничтожить клеточные мембраны. Это высвободило РНК (маленькие кусочки генетического кода, недавно считанные из ДНК клетки) так что РНК прикрепилась к штрих-коду генетического кода на бусинке. Затем группа могла бы проанализировать содержимое каждой ячейки по отдельности.
«Раньше мы могли измерять два или три гена одновременно с помощью методов окрашивания, но теперь мы получаем полную картину циркулирующих опухолевых клеток, измеряя тысячи генов в каждой клетке одновременно», — сказал Ю-Чи Чэнь, помощник научного сотрудника в Университете Мичигана по электротехнике и информатике и соавтор исследования.
Лечение рака может быть движущейся мишенью, при этом рак меняет свою экспрессию генов, поскольку лекарства убивают одни клетки, но не другие. Моника Бернесс, доцент Университета Мичигана по внутренней медицины и соавтор исследования, рассчитывает использовать новое устройство для отслеживания прогресса лечения пациентов в предстоящем испытании лекарств.
«Это очень мощный инструмент для мониторинга (на клеточном уровне) того, как лечение влияет на опухоли с течением времени», — сказала Бернесс, которая изучает новую лекарственную терапию для онкологических больных.
Результаты исследования опубликованы в открытом доступе.
Источник: University of Michigan