Новый способ чистого отделения раковых клеток от образца крови позволяет проводить комплексное генетическое профилирование раковых клеток, что может помочь врачам нацеливаться на опухоли и более эффективно контролировать лечение.

Это существенное улучшение по сравнению с современными подходами, поскольку оно также охватывает различия между раковыми клетками у одного пациента.

«Это может быть совсем другая игра с мячом», – сказал Макс Уича, профессор онкологии Мадлен и Сидни Форбс в Мичиганском университете и старший врач по исследованиям 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 пренебрегали важными популяциями раковых клеток – включая клетки, которые, как считается, распространяют рак в организме.

Наш чип позволяет нам захватывать чистые циркулирующие опухолевые клетки и затем извлекать генетическую информацию без какого-либо загрязнения из красных и белых кровяных клеток ».

Euisik Yoon, U-M профессор электротехники и информатики и старший автор исследования

Многие современные лекарства от рака работают, преследуя клетки с определенными генами в игре – гены, которые помечают их как раковые клетки. Но эти гены не одинаково активны в популяции раковых клеток пациента и могут меняться в течение курса лечения.

Повторные биопсии для мониторинга опухоли являются болезненными и потенциально опасными для пациента. Взятие раковых клеток из образцов крови предлагает неинвазивный способ наблюдения, исчезает ли рак или становится ли он устойчивым к лечению.

«Это позволяет вам не только выбирать целевые методы лечения, но и контролировать результаты этих методов лечения у пациентов с помощью этого анализа крови», – сказал Вича.

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 Wicha ранее показала, что метастазирование рака опосредовано 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, отобранных из образцов крови, показали свойства, подобные стволу.

Эту популяцию особенно легко пропустить с помощью методов, которые отбирают чистые, но неполные образцы раковых клеток из крови пациента путем захвата белков на поверхности клеток. Стволоподобные клетки находятся в спектре между двумя более типичными типами клеток, что означает, что они не показывают согласованные белковые маркеры.

Чтобы получить чистый и беспристрастный набор раковых клеток из пробирки с кровью, команда начала с техники, которая удаляет клетки крови путем сортировки образца крови по размеру клеток. Начиная с примерно одной раковой клетки в миллиарде клеток крови, этот шаг оставил только около 95 или около того клеток крови на каждую раковую клетку. Но это все еще слишком загрязнено для детального генетического анализа.

Новый метод, который исследователи называют Hydro-Seq, избавляет от этих последних клеток крови и затем анализирует каждую клетку.

Ключевой технологией является микросхема с системой каналов и камер. Он захватывает раковые клетки по одной, вытягивая жидкость через дренаж в каждой камере, который забивается при поступлении раковой клетки. Как только камера заглушена, клетки в канале проходят мимо и всасываются в следующую камеру. Затем, чтобы «смыть» клетки крови с чипа, они пропустили чистую жидкость назад через чип и снова вытянули его, унося с собой почти все остальные загрязняющие клетки.

С чистым образцом изолированных раковых клеток команда сделала генетические профили. Они следовали за «транскриптомами» клеток – в основном, снимками того, что ДНК читала и использовала каждая клетка. Это выявило активные гены клеток.

Они захватили транскриптомы с помощью штрих-кодированных шариков, метод, который до сих пор было трудно использовать с маленькими клеточными образцами. Команда бросила шарик со штрих-кодом в каждую камеру, а затем закрыла камеры, прежде чем разрушить клеточные мембраны. Это высвободило РНК – маленькие кусочки генетического кода, недавно прочитанные с ДНК клетки – так что РНК прикрепилась к штриховому генетическому коду на шарике. Затем группа могла бы проанализировать содержимое каждой ячейки в отдельности.

Раньше мы могли измерять два или три гена одновременно с помощью методов окрашивания, но теперь мы получаем исчерпывающую картину циркулирующих опухолевых клеток, измеряя тысячи генов в каждой клетке одновременно ».

Ю-Чи Чен, ассистент-исследователь U-M в области электротехники и информатики и соавтор исследования

Лечение рака может быть движущейся мишенью, при этом рак изменяет свою экспрессию генов, когда лекарства убивают одни клетки, но не другие. Моника Бернесс, доцент U-M по внутренним болезням и соавтор исследования, планирует использовать новое устройство для отслеживания прогресса пациентов в предстоящем испытании наркотиков.

«Это очень мощный инструмент для мониторинга – на клеточном уровне – того, что лечение делает с опухолями с течением времени», – говорит Бернесс, который изучает новые лекарственные препараты для больных раком.

Исследование опубликовано в открытом доступе в Nature Communications .

Источник:

Университет Мичигана

Журнал:

Юн, Е. и другие. (2019) Hydro-Seq обеспечивает бесконтактное высокопроизводительное одноклеточное РНК-секвенирование для циркулирующих опухолевых клеток. Природа Связи. doi.org/10.1038/s41467-019-10122-2