Ловушка для метастазирующих кластеров раковых клеток
Исследователи Национального института биомедицинской визуализации и инженерии США, работающие под руководством профессора Мемета То (Mehmet To), разработали микрожидкостной чип, способный улавливать циркулирующие в крови кластеры опухолевых клеток. Изучение этих кластеров предоставит специалистам новые данные о механизмах метастазирования злокачественных опухолей.
Циркулирующие раковые клетки отрываются от опухоли и перемещаются с током крови по организму пациента. Единичные опухолевые клетки встречаются в кровотоке исключительно редко, обычно их концентрация меньше, чем одна клетка на миллиард клеток крови. Такие клетки могут проникать в ткани органов, удаленных от первичной опухоли, и оставаться там. Специалисты считают, что этот механизм является одним из вариантов процесса метастазирования рака.
Еще более редкими, чем единичные опухолевые клетки, являются небольшие группы или кластеры опухолевых клеток. О существовании этих кластеров известно уже более 50 лет, однако их распространенность в крови и роль в формировании метастазов до сих пор должным образом не изучались преимущественно из-за их неуловимости. Однако недавние достижения в области биомедицинских технологий, позволяющие ученым улавливать единичные опухолевые клетки, возродили интерес к кластерам, иногда улавливаемым вместе с единичными клетками.
В удовлетворении этого интереса может помочь разработанный авторами уникальный микрожидкостной чип или Cluster-Chip, обеспечивающий избирательное улавливание кластеров опухолевых клеток в цельной крови.
Увеличенное изображение циркулирующего кластера опухолевых клеток, уловленного Cluster-Chip.
Меченый флуоресцентным красителем кластер опухолевых клеток,
балансирующий на вершине треугольного выступа в Cluster-Chip.
Устройство чипа обеспечивает медленное прокачивание крови через множество рядов микроскопических треугольных выступов, расположенных таким образом, что каждые два выступа направляют клетки к вершине третьего. В результате отдельные клетки, в том числе клетки крови и единичные опухолевые клетки, соскальзывают по сторонам треугольного выступа и продолжают свое перемещение по чипу. При этом кластеры клеток задерживаются на острых вершинах треугольных выступов.
Для проверки эффективности нового чипа исследователи ввели в него кровь, содержащую меченые флуоресцентным красителем кластеры, состоящие из 2-30 опухолевых клеток, и подсчитали количество задержанных и пропущенных кластеров. При скорости прохождения крови 2,5 мл/час чип улавливал 99% кластеров, состоящих из 4 и более клеток, 70% трехклеточных кластеров и 41% двухклеточных кластеров. Сравнение состояния интактных и уловленных чипом кластеров под микроскопом показало, что пребывание в чипе не нарушает их целостности.
Сравнение Cluster-Chip с существующими методами выделения кластеров опухолевых клеток, такими как продавливание крови через мембранный фильтр и использование специфичных к опухолевым белкам антител, продемонстрировало его более высокую эффективность.
Исследователи также протестировали Cluster-Chip на образцах крови 60 пациентов с метастазирующими злокачественными опухолями. В результате кластеры опухолевых клеток были обнаружены в крови 11 из 27 (40,7%) пациенток с раком молочной железы, 6 из 20 (30%) пациентов с меланомой и 4 из 13 (31%) пациентов с раком предстательной железы. Большое количество кластеров в образцах, а также неожиданно высокая частота их выявления свидетельствуют о том, что их вклад в процесс метастизирования скорее всего значительно больше, чем было принято считать до сих пор.
Изучение биологических характеристик кластеров показало, что в их состав могут входить как активно пролиферирующие, так и вступившие в фазу физиологического старения клетки. Более того, в кластерах некоторых пациентов (менее 5%) исследователи обнаружили присутствие иммунных клеток.
Авторы считают, что разработанный ими Cluster-Chip сыграет важную роль в развитии нового направления исследований, посвященных изучению биологии кластеров опухолевых клеток. Они надеются, что со временем результаты работы в этом направлении лягут в основу методов профилактики метастазирования злокачественных опухолей и разработки индивидуальных протоколов лечения рака.
Статья A Fatih Sarioglu et al. A microfluidic device for label-free, physical capture of circulating tumor cell clusters опубликована в журнале Nature Methods.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам National Institutes of Health:
Microchip captures clusters of circulating tumor cells - NIH study.
19.05.2015