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研究人员推进了实验室检测的搜索,以预测乳腺癌的扩散
2019-05-29 19:18:22 来源:http://www.shaojiew.com 作者:烧结生物网

约翰斯·霍普金斯大学和其他机构的研究人员报告说,一种新的实验室测试可以诱导癌细胞挤压狭窄的空间,这有可能准确地预测哪些乳腺癌和其他实体瘤可能会扩散或转移到其他部位。他们说,这项测试也可能有助于临床医生选择最好的药物来预防癌症的传播。


该团队获得了该测试的美国专利,称为微流体测定法,用于量化细胞入侵(MAqCI),该测定使用一种装置评估转移的三个关键特征:癌细胞移动,压缩以进入狭窄通道的能力并扩散。在实验室实验中,MAqCI装置准确地预测了大多数标本中乳腺癌细胞系和动物中生长的患者衍生肿瘤的转移潜力。


实验的描述在最新一期的Nature Biomedical Engineering中在线发表。


高级研究作者Konstantinos Konstantopoulos博士,约翰霍普金斯大学化学与生物分子工程教授William H. Schwarz说,虽然需要进一步的研究来确认和扩展测试的能力,研究人员对他们迄今为止的研究结果感到鼓舞。工程学院和约翰霍普金斯Kimmel癌症中心癌症入侵和转移计划的成员。 Konstantopoulos还是约翰霍普金斯大学生物医学工程和肿瘤学教授,也是约翰霍普金斯纳米生物技术研究所的核心研究员。


他说,预测哪些乳腺癌患者会发生转移 - 这是危及生命的疾病的标志 - 的挑战可能会导致良性疾病患者的过度治疗,以及对更具侵袭性的癌症的治疗不足。 “当在患者体内发现肿块时,医生可以通过活组织检查确定肿块是良性还是恶性,但如果恶性肿瘤具有高度侵袭性并且转移到其他位置,他们就无法自信地说,”康斯坦托普洛斯说。


目前用于预测或早期检测乳腺癌转移的技术依赖于癌细胞脱落的循环肿瘤细胞(CTC)或循环肿瘤DNA(ctDNA)的基因表达谱和测量。但康斯坦托普洛斯说,到检测到CTC时,患者的寿命可能有限。基因表达测试测量与特定癌症相关的基因子集的表达水平以预测预后。然而,鉴于不同生物途径中的基因突变,同一途径内的不同检查点,或者甚至因同一基因内的不同变化,一个实验室测试对所有患者都不太可能有效。他说。此外,每个肿瘤内的细胞变化很大,有证据表明原发肿瘤中只有一小部分细胞能够形成转移。


此外,他说,“虽然液体活组织检查或循环肿瘤DNA测量可以很好地监测患者在给药后对治疗的反应,但它们并没有提供帮助医生选择最佳药物以防止传播的手段。”


Konstantopoulos表示,为了开发一种可以填补其中一些空白并与当前技术结合使用的转移潜力测试,研究人员利用了一个偶然的发现。虽然他和他的同事正在通过由不同尺寸的Y形通道组成的工程环境研究非转移性乳腺癌细胞的运动,但他们观察到这些细胞不能进入装置的较窄部分。 “转移肿瘤细胞需要移动和变形才能进入狭窄空间,能够从原发肿瘤移动到患者体内的远处,而细胞需要不受控制的生长才能进入远处定居。组织“。


选择Y形微通道的尺寸以模拟在体内不同位置或沿着不同位置发现的组织轨迹的横截面区域的复杂性和多样性的各方面,例如在纤维状间质组织中;在神经,肌肉或上皮;在骨腔中;在大脑中。将MAqCI装置放置在具有相衬和荧光成像能力的倒置显微镜的平台上并连接到计算机。通过延时相差显微镜实时监测细胞迁移。


对于目前的原理验证研究,Konstantopoulos及其同事首先从25种不同的人乳腺癌细胞系中取出细胞并将其置于装置中,发现已知转移的乳腺癌细胞系具有大于阈值百分比的细胞。这可以通过装置中较窄的通道压缩和配合,因此具有更高的转移潜力。阈值百分比确定为7%迁移细胞。与市售的测试试验相比,该装置在预测不同乳腺癌细胞样本中的转移潜能方面准确率为96%,在相同细胞系中准确率为72%。


当研究人员添加一种额外的元素 - 测量一种叫做Ki-67的蛋白质,这种蛋白质存在于活跃增殖细胞的细胞核中时,它增加了该装置预测100%标本的迁移/转移潜能的能力。


接下来,他们通过MAqCI的通道 - 被认为引发转移的细胞 - 以高迁移率分离细胞 - 看它们是否比转移性质未特异性分离的癌细胞的亲代群体更具转移性(所谓的“未分类”细胞) )。他们将两个细胞群注射到小鼠体内,发现虽然两个细胞群均形成肿瘤,但注射了迁移细胞的8只小鼠中有4只在8周后发生了骨转移,这是乳腺癌转移的常见部位,而没有注射未分类的小鼠细胞转移到这个组织。注射迁移细胞的小鼠在肺和肝脏中形成转移性肿瘤,其比注射未分选细胞的小鼠大8倍。


为了进一步研究哪些因素导致迁移细胞的转移潜力增加,研究人员将这些细胞的特征与非迁移细胞进行了比较,发现它们更加细长并且以更高的速度和持久性移动。通过研究每种类型细胞的RNA,研究人员发现,与异源未分类群相比,迁移细胞在与细胞存活和迁移相关的多种信号通路中具有基因表达变化。


接下来,他们比较了MAqCI预测的另外四种人乳腺癌细胞系的转移潜能与植入活小鼠的这些肿瘤细胞的实际行为,并验证了MAqCI的准确预测。


在另外的实验中,研究人员研究了来自转移性三阴性乳腺癌患者的两个充分表征的肿瘤标本(HCI-001和HCI-002)。这些细胞 - 缺少促进癌症生长的三种最常见的受体 - 能够通过MAqCI装置中的通道迁移,并且还发现具有与转移性疾病一致的Ki-67细胞水平,表明该装置被发现两个标本都是转移性的。


最后,研究人员测试了MAqCI预测抑制细胞运动的潜在疗法有效性的能力。他们观察了药物trametinib,FDA批准用于黑色素瘤,以及BKM120,一种PI3K抑制剂,正在进行乳腺癌临床试验研究。研究小组发现,trametinib可有效降低三种具有高转移潜能的三阴性乳腺癌细胞系中迁移细胞的百分比。然而,另一种药物BKM120降低了这三种细胞系中仅有两种的迁移细胞百分比,实际上增加了第三种细胞系中细胞的迁移能力,研究人员发现这种细胞的基因突变不同。细胞系 - 癌症治疗中常见的混杂因素。


“这一发现说明了肿瘤细胞对不同药物的不同反应,以及为什么我们需要进一步将肿瘤细分为超级经典分子活动的方法,如三阴性,HER2等,”Konstantopoulos说。


研究小组表示,如果进一步研究证实了MAqCI试验的能力,它可用于监测活检或切除乳腺癌或其他实体瘤的细胞的迁移和增殖趋势。