但是这些基因在患者的癌细胞群中不是均匀活跃,或者捕获大多数癌细胞并且只能寻找一些基因

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科学家们一直不遗余力地研究癌细胞,希望能找到有效解决癌症的方法。不过要对癌细胞进行全面的分析成了困扰医学界人士的一道难题,在最近一次研究中,科学家利用Hydro-Seq的方法成功从血液样本中彻底分离出癌细胞,从而帮助医生更有效地为患者治疗,这一结论发表在Nature
Communications上。

ANN ARBOR –
一种从血液样本中彻底分离出癌细胞的新方法,可以对癌细胞进行全面的遗传分析,从而帮助医生更有效地靶向肿瘤并监测治疗方法。

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这是对当前方法的显着改进,因为它还包括单个患者中癌细胞之间的变异。这可能是一场完全不同的球赛,密歇根大学马德琳和西德尼福布斯肿瘤学教授,自然通讯研究高级医师Max
Wicha说。

传统方式有局限

早期的技术意味着在有限的癌细胞亚群的全面遗传谱之间进行权衡,或者捕获大多数癌细胞并且只能寻找一些基因。因此,遗传谱通常忽略了重要的癌细胞群

传统的技术上只能局限于部分的肿瘤细胞,也就意味着只能分析部分肿瘤细胞的基因。因此,重要的肿瘤群体难免被遗传图谱遗漏掉,当然也包括在体内传播癌症的细胞。现在许多用于癌症的药物是通过瞄准特定的病变部位(具有某类特定基因的细胞)来进行治疗,但是这些基因在患者的癌细胞群中不是均匀活跃,并在治疗过程中发生变化,令医护人员不能及时做出判断。

  • 包括被认为在体内传播癌症的细胞。

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我们的芯片可以捕获纯循环肿瘤细胞,然后提取遗传信息而不会受到红细胞和白细胞的污染,电子工程和计算机科学教授,该研究的资深作者Euisik
Yoon说。

分离癌细胞遇难题

许多现代抗癌药物通过追踪具有某些基因的细胞起作用 –
这些基因标志着它们作为癌细胞的身份。但是这些基因在患者的癌细胞群中不是均匀活跃的,并且可以在治疗过程中发生变化。

遗传分析证实,即使在单个患者中,肿瘤细胞也会表现得非常不同。此前已经有研究表明具有干细胞特性的癌细胞可以将癌症转移,研究人员发现从血液样本中约有30-50%的癌细胞显示出类似干细胞的特性,因此需要将肿瘤细胞分离出来,然而分离出现不能去除血细胞的难题,也给科研人士带来了挑战。科研人员根据细胞大小对血液样本进行分类来去除血细胞,然而此方法的效果还是不理想。

重复的活组织检查以监测肿瘤是痛苦的并且对患者具有潜在危险。从血液样本中捕获癌细胞提供了一种非侵入性的方法来观察癌症是否消失或是否对治疗产生抗药性。

利用Hydro-Seq的新方法攻克难关

它不仅可以让您选择靶向治疗,还可以通过血液检查来监测这些疗法对患者的影响,Wicha说。

这种新方法的关键技术在于具有通道和腔室系统的芯片,当癌细胞到达时,排液管就会堵塞,这是为了将细胞吸入到下一个腔室的芯片中,最后再通过液体抽出,达到“清洗”血细胞的效果,这样也就只留下癌细胞。通过这种分离方法,研究人员完成了较为全面的癌细胞基因谱,之后就可通过细胞的“转录组”进行分析。

使用这种方法,该团队从21名乳腺癌患者的血液中收集并分析了666个癌细胞。

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遗传分析证实,即使在单个患者中,癌细胞通常表现得非常不同。Wicha的研究小组此前已表明癌症转移是由具有干细胞特性的癌细胞介导的。尽管癌症干细胞仅占肿瘤细胞的百分之几,但它们在血液中构成的癌细胞比例更高。在这项研究中,从血液样本中捕获的约30-50%的癌细胞显示出类似干细胞的特性。

新方法或改进传统方式

通过抓住细胞表面的蛋白质,从患者血液中捕获干净但不完整的癌细胞样本的技术特别容易错过这一群体。茎样细胞位于两种更典型的细胞类型之间,这意味着它们不会显示一致的蛋白质标记。

在传统检查方式上,医生通常会采用外科手术的切除、钳取等方法来判断疾病以及变化等。然而若进行多次检查不仅令患者痛苦还会有潜在的生命危险,因此从血液样本中分离癌细胞提供了一种非侵入式的方法来观察病理以及治疗的效果,令患者更加安全,同时也可以对治疗效果进行及时判断。

为了从一小瓶血液中获得一组干净,无偏见的癌细胞,该团队开始采用一种技术,通过根据细胞大小对血液样本进行分类来去除血细胞。从十亿个血细胞中的大约一个癌细胞开始,该步骤仅为每个癌细胞留下约95个左右的血细胞。但是,对于详细的遗传分析来说,这仍然太污染了。

新方法对癌症的检测、判断、治疗等方面提供了相当大的帮助,未来还会继续研究出更多有效果的方法。​

研究人员称之为Hydro-Seq的新方法摆脱了最后的血细胞,然后对每个细胞进行分析。

关键技术是具有通道和腔室系统的芯片。它通过每个腔室中的排水管吸取液体一次捕获癌细胞,当癌细胞到达时,所述排液管堵塞。一旦腔室堵塞,通道中的细胞就会通过它并被吸入下一个腔室。然后,为了从芯片上清洗血细胞,它们将干净的液体向后通过芯片并再次将其抽出,几乎将所有其他污染细胞带走。

通过清洁的分离的癌细胞样本,该团队完成了基因谱。他们追踪细胞的转录组 –
基本上是每个细胞读取和使用DNA的快照。这揭示了细胞的活性基因。

他们用带条形码的珠子捕获了转录组,这种方法到目前为止很难用于小细胞样本。研究小组将条形码珠子放入每个腔室,然后在破坏细胞膜之前关闭腔室。这释放了RNA

  • 最近从细胞DNA中读取的一小部分遗传密码 –
    因此RNA附着在珠子上的条形码遗传密码上。然后,团队可以分别分析每个单元格的内容。

之前,我们可以用染色方法一次测量两到三个基因,但现在我们可以通过一次测量每个细胞中数千个基因来全面了解循环肿瘤细胞,UM助理研究科学家Yu-Chih
Chen说。在电气工程和计算机科学和共同第一作者的研究。

癌症治疗可能是一个移动的目标,癌症改变他们的基因表达,因为药物杀死一些细胞而不是其他细胞。密苏里大学内科医学助理教授,该研究的共同作者Monika
Burness预计将在即将进行的药物试验中使用新设备跟踪患者的进展情况。

这是一种非常强大的工具,用于监测 – 在细胞水平 –
治疗对肿瘤的影响随着时间的推移,Burness说,他研究癌症患者的新药物疗法。

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