為什么有些癌細胞能脫離腫瘤并擴散到遠端身體部位?最近,來自美國密歇根大學的一組腫瘤學家和工程師合作,幫助我們解開這個重要的問題。
當癌癥擴散或轉移時,它是致命的。不是所有的細胞都具有通過身體的相同能力,但研究人員還不明白其中的原因。
五月十八日發表于《Scientific Reports》的一項研究中,研究人員描述了一種新的裝置,能夠根據細胞移動的能力來分選它們。然后,研究人員分選出高度移動的細胞,并開始在分子水平上分析它們。
本文共同第一作者、密歇根大學醫學院科學家培養計劃的博士生Steven G. Allen指出:“之前,人們已經使用微流控設備來觀察細胞的運動,但故事一般就這樣結束了。我們開發出一種裝置,可分離移動的細胞,并使我們能夠確定這些高度移動的細胞的基因表達(相比較不太移動的細胞)。通過研究活細胞中的這些差異,我們希望知道,是什么使一些癌細胞能夠擴散到身體的其他部位。”
高度移動的細胞被認為是更具攻擊性的細胞,可造成轉移。通過了解這些細胞如何擴散,研究人員認為他們可以制定防止癌癥轉移的靶向治療方案。
本文共同第一作者、密歇根大學工程學院電氣工程和計算機科學博士后Yu-Chih Chen說:“采用先進的微加工技術,我們可以構建相當于細胞大小的微結構。然后,我們可以在芯片上以單細胞的分辨率操縱活細胞。使用這種技術,我們可以研究單個癌細胞之間的差異,而傳統的方法只能研究細胞的集體平均行為。”
單個癌細胞之間的差異,是“癌癥如何演化出對目前治療耐受或復發”的一個重要方面。
本文共同資深作者、密歇根大學綜合癌癥中心乳腺腫瘤研究項目主任Sofia D. Merajver 博士稱:“原發腫瘤并不會殺死患者。是轉移腫瘤奪去了患者的生命。了解哪些細胞有可能轉移,可以幫助我們為患者直接提供更有針對性治療方案。”
研究人員相信,這種設備可以幫助醫生了解每位患者的癌癥。是患者腫瘤中的哪些細胞真正造成了破壞?是大量的侵襲性細胞嗎?還是那些用治療可靶定的單個細胞上的特定標記或變體?
本文共同資深作者、密歇根大學工程學院Lurie納米制造設施主任、電氣工程惡化計算機科學教授Euisik Yoon博士指出:“這項工作通過將工程學和生物學知識相結合,演示了研究癌細胞轉移的一種巧妙的方法。”
Yoon補充說:“在過去的幾十年里,工程師們開發出具有更好分辨率、高靈敏度、選擇性和更高吞吐量的生物學工具。然而,沒有引人嘆服的應用程序,這些工程學工具有什么實際意義。我們實驗室的目標是開發某種工具,可以廣泛用于生物群落,最終影響患者的臨床護理。”
在這項工作中,研究人員在各種類型的癌細胞系中進行了廣泛研究。這種新的設備被設計來追蹤細胞如何移動,通過它們的運動分選單個細胞。它有一系列瓶頸,模仿癌細胞通常經過的淋巴系統。不同于其他類似的設備,在這種項研究中,捕獲和分選細胞可以收獲活細胞用于進一步的研究和分析。
在使用侵襲性轉移性乳腺癌細胞的一項測試當中,研究人員能夠根據細胞的運動分選它們,收集分選的細胞,并讓它們再次通過設備。在反復試驗中,細胞保持相同的高度流動特點。研究人員顯微鏡下觀察還發現,更多的移動細胞具有轉移細胞的形貌和特征,并表達明顯更高水平的轉移性癌相關標志物。
Merajver解釋說:“了解導致一些癌細胞離開原發腫瘤并轉移的具體差異,對于開發和測試抗腫瘤轉移策略,是很有好處的。”當然,在該裝置開始影響臨床護理之前,還需要進一步的測試和驗證。
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