Назад
Рак распространяется через циркулирующие опухолевые клетки (CTCs), которые через кровь попадают в другие органы, и их практически невозможно отследить.
Недавно исследователи из Технологического института Джорджии нашли метод обнаружения, который может произвести революцию в лечении рака, показывая, как рак метастазирует и на какой стадии он находится. Это может привести к более раннему и целенаправленному лечению, начиная с простого анализа крови.
Когда опухоль начинает метастазировать, она выбрасывает свои клетки в кровь. Отдельная клетка часто не выживает в кровотоке сама по себе, но скопления клеток гораздо более прочны и могут перемещаться в другие органы, фактически переводя рак в метастатическое состояние.
CTCs оказалось трудно изучать, не говоря уже о лечении. Кровь содержит миллиарды клеток на миллилитр, и лишь немногие из этих клеток могут оказаться CTC у пациента с метастатическим раком. Традиционные лабораторные методы не позволяют проводить такую интенсивную фильтрацию. Большинство традиционных методов фильтрации слишком агрессивны, они разбивают кластер на отдельные клетки и лишают возможности изучать влияние кластера.
"Именно это заинтересовало инженеров вроде меня, потому что мы действительно хороши в создании датчиков, или небольших устройств, которые действительно проводят чувствительный анализ", - рассказывает доцент Школы электротехники и компьютерной инженерии Фатих Сариоглу. "Мы начали разрабатывать технологии для улавливания этих ценных клеток, чтобы лучше управлять раком". Сариоглу представил результаты исследования в статье, недавно опубликованной в журнале Nature Communications.
Лаборатория Сариоглу изобрела новый тип чипа под названием Cluster-Well, сочетающий точность микрофлюидных чипов с эффективностью мембранной фильтрации для поиска кластеров CTC. Микрофлюидные чипы, использующие элементы микронного размера, могут точно определить местоположение каждой клетки в образце крови и определить, является ли она раковой.
Чтобы быстро обработать клинически значимый объем крови, исследователи использовали мембранную фильтрацию, что позволило сделать работу чипа более масштабируемой. По сути, чип выглядит как обычный мембранный фильтр, но под электронным микроскопом микрофлюидный чип раскрывает свою тонкую структуру, используемую для захвата кластеров и пропускания других клеток крови. Практичность для исследователей была не менее важна, чем функциональность. Хотя чип изначально изготовлен из кремния, как центральный процессор в компьютере, позже он был перенесен на полимеры, чтобы сделать его доступным, недорогим и одноразовым, сохранив при этом его тонкость и точность.
"Мы действительно создали только те ловушки, которые необходимы для распознавания кластеров с помощью микрофлюидного чипа, а все остальное - это просто стандартный держатель фильтра", - отмечает Сариоглу. "По сравнению с обычным микрофлюидным чипом, вы получите гораздо более практичный анализ с улучшенной на порядки пропускной способностью и более высокой чувствительностью".
Исследователи использовали чип для анализа образцов крови пациентов с раком яичников или простаты в рамках партнерства с больницами Эмори и Нортсайд. Они выделили кластеры CTC от двух до 100 и более клеток у пациентов с раком простаты и яичников и использовали секвенирование РНК для анализа некоторых из них.
Уникальная конструкция чипа позволяет фильтровать кластеры CTC в микроячейках и впоследствии получать доступ к ним для дальнейшего анализа. Даже одна CTC может содержать значительное количество данных о пациенте и его конкретном раке, что может иметь решающее значение для лечения заболевания. Например, исследователи обнаружили сотни CTC в скоплениях в крови больных раком яичников, некоторые из которых были еще жизнеспособны, что может иметь значение для распространения заболевания. Кроме того, путем секвенирования РНК в кластерах CTC простаты, выделенных с помощью чипа, исследователи определили специфические гены, экспрессируемые этими метастазирующими клетками. Важно отметить, что кластеры CTC от разных пациентов экспрессируют разные гены, что потенциально может быть использовано для разработки персонализированной, целевой терапии. Сариоглу предполагает, что метод Cluster-Wells станет рутинной частью лечебного процесса, позволяя определять стадию рака по простому забору крови.
"Найти эти кластеры было очень трудно", - говорит Сариоглу. "Но эта технология позволяет получить доступ к этим ценным скоплениям циркулирующих опухолевых клеток практически при любом раке с точностью и практичностью, которые были невозможны ранее".
Boya, M., et al. Высокопроизводительная, не требующая маркировки изоляция кластеров циркулирующих опухолевых клеток в сетчатых микроячейках (аннотация).
Крайне редкие кластеры циркулирующих опухолевых клеток (CTC) становятся все более ценными предшественниками метастазов и практически не изучены. Технологии в основном предназначены для обнаружения одиночных CTC и часто не учитывают хрупкость кластеров или не позволяют использовать специфические для кластеров маркеры для повышения чувствительности. Между тем, немногие технологии, нацеленные на кластеры CTC, недостаточно масштабируемы.
В данном исследовании мы представляем систему Cluster-Wells, которая сочетает в себе скорость и практичность мембранной фильтрации с чувствительным и детерминированным скринингом, обеспечиваемым микрофлюидными чипами. >100 000 микроячеек в Cluster-Wells физически задерживают кластеры CTC в необработанной цельной крови, аккуратно изолируя практически все кластеры при пропускной способности >25 мл/ч, и позволяют извлекать жизнеспособные кластеры из устройства. Используя Cluster-Wells, мы выделили кластеры CTC от 2 до 100+ клеток у пациентов с раком простаты и яичников и проанализировали некоторые из них с помощью секвенирования РНК. Рутинное выделение кластеров CTC позволит демократизировать исследования их полезности в лечении рака.
