Новый способ предсказать распространение рака? Ученые изучают «липкость» опухолевых клеток
Оценивая, насколько «липкими» являются опухолевые клетки, исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего нашли потенциальный способ предсказать, будет ли рак груди на ранней стадии у пациента распространяться. Открытие, ставшее возможным благодаря специально разработанному микрофлюидному устройству, может помочь врачам выявлять пациентов с высоким риском и соответствующим образом адаптировать свое лечение.
Устройство, которое было протестировано в ходе инициированного исследователем испытания, работает, проталкивая опухолевые клетки через заполненные жидкостью камеры и сортируя их на основе того, насколько хорошо они прилипают к стенкам камеры. При тестировании на опухолевых клетках, полученных от пациентов с разными стадиями рака груди , исследователи обнаружили поразительную закономерность: клетки от пациентов с агрессивным раком были слабо прилипающими (менее липкими), в то время как клетки от пациентов с менее агрессивным раком были сильно прилипающими (более липкими).
Результаты были опубликованы 5 марта в журнале Cell Reports .
«В этом исследовании мы смогли показать, что физическое свойство адгезии опухолевых клеток может быть ключевым показателем для сортировки пациентов по более или менее агрессивным видам рака», — сказал старший автор исследования Адам Энглер, профессор кафедры биоинженерии Шу Чиен-Джин Лей в Инженерной школе Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Если мы сможем улучшить диагностические возможности с помощью этого метода, мы сможем лучше персонализировать планы лечения на основе опухолей у пациентов».
Предыдущие исследования лаборатории Энглера в сотрудничестве с Энн Уоллес, директором Центра комплексного здоровья груди при онкологическом центре Мурса при Калифорнийском университете в Сан-Диего, уже установили, что слабо адгезивные раковые клетки с большей вероятностью мигрируют и проникают в другие ткани по сравнению с прочно адгезивными клетками.
Теперь, работая с опухолями пациентов, команда продвинулась в этом направлении еще дальше, показав, что прочность адгезии опухолевых клеток различна, и следующим шагом будет определение того, может ли адгезия помочь в прогнозировании вероятности метастазирования рака у пациента.
Их последнее исследование изучало клеточную адгезию на ранней стадии рака груди, известной как протоковая карцинома in situ (DCIS). Часто классифицируемая как рак груди нулевой стадии, DCIS может оставаться безвредной, никогда не прогрессируя за пределы молочных протоков, где она образуется. Но в некоторых случаях она развивается в инвазивный рак груди, который может быть потенциально опасным для жизни. Ученые и врачи потратили годы, пытаясь определить, какие случаи требуют агрессивного лечения, а какие можно оставить в покое, но ответы остались неясными.
По мере того, как опухолевые клетки проходят через эти микрофлюидные камеры, они подвергаются возрастающему сдвиговому напряжению и сортируются на основе их адгезионной прочности. Кредит: Дэвид Бейлло/UC San Diego Jacobs School of Engineering
Современные клинические решения часто зависят от размера и степени поражения DCIS, но эти факторы не всегда предсказывают его поведение.
«Наличие механизма для лучшего прогнозирования того, какой DCIS будет вести себя более агрессивно, как это видно с этой моделью адгезии, может иметь большие перспективы, чтобы помочь нам более агрессивно лечить этот тип рака», — сказал Уоллес. «Мы не хотим перелечивать агрессивной хирургией, лекарствами и облучением, если это не необходимо, но нам нужно использовать их, когда рак имеет более высокий инвазивный потенциал. Мы хотим продолжать персонализировать терапию».
«Сейчас у нас нет надежного способа определить, какие пациенты с DCIS подвержены риску развития более агрессивного рака груди», — сказал Энглер. «Наше устройство может это изменить».
Устройство команды, которое примерно размером с карточку, состоит из микрофлюидных камер, покрытых адгезивными белками, обнаруженными в ткани молочной железы, такими как фибронектин. Когда опухолевые клетки помещаются в камеры, они прилипают к фибронектиновому покрытию. Затем они подвергаются возрастающему сдвиговому напряжению по мере того, как жидкость протекает через камеры. Наблюдая, где клетки отсоединяются при определенных уровнях напряжения, исследователи классифицируют их как слабо или сильно адгезивные.
Команда протестировала устройство на образцах 16 пациентов. Эти образцы состояли из нормальной ткани молочной железы, опухолей DCIS и агрессивных опухолей рака молочной железы, полученных от пациентов с инвазивными протоковыми и дольковыми карциномами. Эксперименты показали, что образцы агрессивного рака молочной железы содержали слабо адгезивные клетки, в то время как образцы нормальной ткани молочной железы содержали сильно адгезивные клетки. Образцы DCIS показали промежуточные уровни адгезии, но со значительной вариабельностью среди пациентов.
«Интересно, что существует большая гетерогенность от пациента к пациенту в пределах одного подтипа заболевания», — сказал соавтор исследования Мэдисон Кейн, аспирант биоинженерии в лаборатории Энглера. «Например, среди пациентов с DCIS мы обнаружили некоторых с сильно адгезивными опухолевыми клетками, а других — со слабо адгезивными клетками. Мы предполагаем, что те, у кого слабо адгезивные клетки, подвержены более высокому риску развития инвазивного рака, и они, вероятно, недодиагностируются в начале плана лечения пациента».
Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего протестировали свое микрожидкостное устройство на опухолевых клетках, полученных от пациентов с разными стадиями рака груди, и обнаружили, что клетки из агрессивных опухолей были менее «липкими», в то время как клетки из менее агрессивных опухолей были более липкими. Автор: Дэвид Бейлло/UC San Diego Jacobs School of Engineering
Команда планирует отслеживать пациентов с DCIS в течение следующих пяти лет, чтобы определить, коррелирует ли прочность адгезии с метастатической прогрессией. Если их гипотеза верна, устройство может предложить онкологам новый мощный инструмент для руководства стратегиями лечения, рекомендуя более агрессивные вмешательства для пациентов, чьи опухолевые клетки демонстрируют слабую адгезию.
«Мы надеемся, что это устройство позволит нам заранее выявлять тех, кто находится в группе наибольшего риска, чтобы мы могли вмешаться до появления метастазов», — сказал Энглер.
Этот проект подчеркивает важность междисциплинарного сотрудничества. Биоинженерная группа Энглера тесно сотрудничала с группой Уоллеса в онкологическом центре Мурса, которая предоставляла образцы пациентов и поддержку.
«Это было прекрасное партнерство с доктором Уоллесом и онкологическим центром Мурса», — сказал Энглер.