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新的微流控芯片可以捕获稀有的循环肿瘤细胞簇

2019-05-08 20:24:17 市场调查119℃

  新的微流控芯片可以捕获稀有的循环肿瘤细胞簇

  2015年5月19日

  研究人员已经开发出一种微流体芯片,可以捕获稀有的循环肿瘤细胞簇,这可以为癌症的传播提供重要的新见解。这项工作由国家生物医学影像和生物工程研究所(NIBIB)资助,该研究所是美国国立卫生研究院的一部分。

  循环肿瘤细胞(CTC)是脱离肿瘤并穿过癌症患者血液的细胞。单个CTC非常罕见,通常不到十亿个细胞中的一个。这些细胞可以在远处的器官中停留,并且研究人员认为这是癌症传播的一种模式。

  甚至比单个CTC更常见的是小组CTC或簇。虽然已知CTC簇的存在已超过50年,但它们在血液中的流行以及它们在转移中的作用尚未得到彻底研究,主要是因为它们如此难以捉摸。然而,最近在生物医学技术方面取得的进展使研究人员能够捕获单个CTC,这再次引起了人们对CTC集群的兴趣,这些集群偶尔会与单个CTC一起被捕获。

  现在,研究人员由马萨诸塞州综合医院(MGH)的外科(生物医学工程)教授,哈佛大学麻省理工学院卫生学院的Mehmet Toner博士领导。科学技术公司报告了一种新型微流控芯片的开发,该芯片专门用于从整个未加工的血液中有效捕获CTC簇。

  “人们对CTC簇及其在癌症进展和转移中的作用知之甚少。这种独特的技术提供了一个令人兴奋的机会来捕获这些极为罕见的细胞群,以微创的方式进行进一步分析,”NIBIB主任说。 Roderic I. Pettigrew,博士,医学博士“这是一种可以对癌症研究产生巨大影响的突破性技术。”

  这项名为Cluster-Chip的新技术是在NIBIB的Quantum Grant的支持下开发的,该基金资助了旨在解决具有重大疾病负担的重大医疗问题的变革性技术创新,例如预防癌症转移或为个体精确定制治疗方案“癌细胞生物学。

  Toner和他的合作者,同样在MGH的Daniel Haber博士,博士,最近使用Cluster-Chip捕获和分析了60名患有转移性乳腺癌,前列腺癌和黑色素瘤癌症的患者的CTC簇。研究人员发现CTC集群 - 从2到19个细胞 - 在30-40%的患者中。

  “这些星团的存在比我们过去想象的要普遍得多,”Toner说。 “我们在这么多病人身上看到集群的事实确实是一个非凡的发现。”

  对患者的进一步分析“CTC集群对CTC集群的生物学产生了新的见解。

   研究人员在2015年5月18日的自然方法在线期刊上发表了他们的研究结果。

  该芯片设计用于缓慢地将血液推过多排微观三角形柱。这些柱以这样的方式排列,即每两个柱将细胞朝向第三柱的尖端漏斗。在尖端,单细胞 - 包括血细胞和单个CTC-容易滑到柱的任一侧并继续通过芯片直到到达下一个尖端;然而,CTC集群留在尖端,悬挂在天平中,因为它们以相反的方向将它们向下拉到柱子上。

  为了确定Cluster-Chip的效率,研究人员将荧光标记的细胞簇(范围从2-30个细胞)引入芯片,并计算捕获的簇数和未检测到的簇数。在血液流速为2.5ml / hr时,芯片捕获了99%的含有4个或更多细胞的簇,70%的3细胞簇和41%的双细胞簇。在捕获之前和之后在显微镜下比较簇发现芯片对整个簇的完整性没有负面影响。

  相关故事FSU研究在抗恶性小儿脑癌的斗争中开辟了新天地新的突破性研究可以影响药物开发和个性化医学发现了与肿瘤进展相关的基因调控的新机制研究人员接下来将他们的新型芯片的效率与目前使用的两种方法进行了比较一些成功捕获CTC集群。他们发现,在相似的血流速率下,Cluster-Chip比基于过滤器的方法显着更有效,该方法将血液推过膜,孔的大小足以让单个细胞通过。该芯片也比以前由Toner开发的不同微流体芯片更有效 - 它可以分离CTC,偶尔使用可以粘附在某些肿瘤细胞表面的特殊蛋白质的抗体聚集。

  结果突出了独特的Cluster-Chip捕获技术的重要性,该技术基于CTC簇的结构特性而不是它们的大小或表面蛋白的存在。后一种特性使Cluster-Chip非常适合从一系列癌症类型中捕获CTC簇,包括那些在转移过程中失去表面蛋白质的癌症和那些从未表达过它们的癌症,如黑色素瘤。

  研究人员在一项针对60例转移性癌症患者的小型试验中继续测试了Cluster-Chip。在这项研究中,该芯片在27名(40.7%)乳腺癌患者中的11名,20名(30%)黑素瘤患者中的6名和13名(31%)前列腺患者中的4名中捕获了CTC簇。在患者样本中发现的大量聚类表明聚类在转移级联中可能具有更大的作用。虽然CTC集群的重要性尚未完全确定,但Toner和Haber团队在Cell(2014)发表的一项研究发现,转移性乳腺癌患者CTC集群数量增加与生存率降低之间存在关联。在前列腺癌患者中存在簇和降低的存活率。

  为了表征聚类的生物学特征,研究人员测量了一个乳腺癌患者的肿瘤细胞增殖标志物 - 一个增加的侵袭性和不良结果的指标 - 在单个CTC和聚类的大量乳腺癌患者中。患者簇中大约一半的细胞对增殖标记物呈阳性,这表明簇可以包含活跃增殖和静止的细胞。

  研究人员还指出,不到5%的患者在集群内罕见存在非肿瘤细胞。 “一些CTC簇包含免疫细胞的事实特别令人感兴趣,”Pettigrew说。 “鉴于越来越多的癌症疗法可以参与免疫系统,通过血液监测肿瘤免疫细胞相互作用的能力可能具有重要价值。”

  Toner预计Cluster-Chip将在刺激CTC集群生物学的新研究方面发挥重要作用:“它就像在抚摸睡熊。它可以真正唤醒该领域,追求集群,并开发更好的技术,以了解他们在癌症转移中的生物学。“

   

  资料来源:美国国立卫生研究院(NIH)

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