新技术可以对癌细胞进行详细的基因分析

ANN ARBOR——从血液样本中完全分离癌细胞的新方法，可以对癌细胞进行全面的基因分析，从而帮助医生更有效地靶向肿瘤和监控治疗方法。

这是对当前方法的重大改进，因为它还包括了单个患者体内癌细胞之间的差异。“这可能是一场完全不同的比赛，”密歇根大学马德琳和西德尼福布斯肿瘤学教授、自然传播研究高级医师马克斯维查说。

早期技术意味着平衡有限的癌细胞子集的综合遗传谱，或者捕获大多数癌细胞，只寻找一些基因。因此，基因谱通常会忽略重要的癌细胞群——包括被认为在体内传播癌症的细胞。

“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、该研究的高级作者Euisik Yoon说。

许多现代抗癌药物通过跟踪具有特定基因的细胞来工作——这些基因标记了它们作为癌细胞的状态。然而，这些基因在患者的癌细胞群中并不一致地活跃，并且在治疗过程中会发生变化。

重复活检以监测肿瘤是痛苦的，并且对患者有潜在的危险。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对治疗产生耐药性。

“它不仅可以让你选择靶向治疗，还可以通过血液测试监测这些治疗对患者的影响，”Wicha说。

使用这种方法，研究小组从21名乳腺癌患者的血液中收集并分析了666个癌细胞。

基因分析证实，即使在一个病人身上，癌细胞的表现通常也非常不同。Wicha的研究小组此前已经表明，癌症转移是由具有干细胞特征的癌细胞介导的。虽然癌症干细胞只占肿瘤细胞的百分之几，但它们在血液中的癌细胞中占了更高的比例。在这项研究中，从血液样本中捕获的约30-50%的癌细胞显示出与干细胞相似的特征。

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，特别容易漏掉这个群体。干细胞样细胞位于两种更典型的细胞类型之间，这意味着它们没有表现出一致的蛋白质标记。

为了从一小瓶血液中获得一组干净且无偏见的癌细胞，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。从十亿个血细胞中约有一个癌细胞开始，这一步每个癌细胞只剩下约95个血细胞。然而，它仍然污染严重，无法进行详细的基因分析。

研究人员称之为Hydro-Seq的新方法去除了最后的血细胞，然后分析每个细胞。

关键技术是具有通道和腔室系统的芯片。它通过每个腔室内的引流管吸取液体，一次性捕获癌细胞，当癌细胞到达时，引流管被堵塞。一旦腔室被堵塞，通道中的细胞将穿过它并被吸入下一个腔室。然后，为了从芯片上“清洗”血细胞，他们将干净的液体通过芯片传回，并再次泵出，带走几乎所有其他被污染的细胞。

通过清洁和分离的癌细胞样本，该团队完成了基因谱。他们跟踪细胞的“转录组”——基本上是每个细胞阅读和使用DNA的快照。这揭示了细胞的活性基因。

他们用带有条形码的珠子捕获转录组，这种方法迄今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小室，然后在破坏细胞膜之前关闭小室。这释放了RNA——最近从细胞DNA中读取的遗传密码的一小部分——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。

“以前，我们可以通过染色一次测量两三个基因，但现在我们可以通过一次测量每个细胞中的数千个基因来全面了解循环肿瘤细胞，”密歇根大学助理研究科学家Yu-Chih Chen说。研究电气工程和计算机科学，是第一作者之一。

癌症的治疗可能是一个移动的目标，癌症改变了它们的基因表达，因为药物杀死了一些细胞而不是其他细胞。密苏里大学内科助理教授、该研究的合著者莫妮卡伯内斯(Monika Burness)预计将在即将到来的药物试验中使用新设备来跟踪患者的进展。

“这是一个非常强大的工具，可以在细胞水平上监测肿瘤治疗的效果，”Burness说，他研究癌症患者的新药物疗法。

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