Удивительное открытие о физических свойствах раковых клеток могло бы помочь улучшить новый диагностический подход – жидкую биопсию, которая обнаруживает, измеряет и оценивает раковые клетки в крови.
Раковые клетки, циркулирующие в кровотоке, могут образовывать метастазы – новые опухоли. Обнаружение этих редких циркулирующих раковых клеток в образце крови гораздо менее инвазивно, чем стандартная биопсия опухоли, и может оказаться полезным для мониторинга прогрессирования рака и выявления рецидивов.
Изучая, что происходит с раковыми клетками, когда они подвергаются воздействию сильных флюидных сил, подобных тем, которые встречаются в кровотоке, исследователи из Университета Айовы неожиданно обнаружили, что раковые клетки на самом деле более вероятно выживают в этой турбулентной среде, чем обычные эпителиальные клетки. Исследователи предполагают, что эта удивительная «выносливость» может быть потенциальным биомаркером для обнаружения и изучения раковых клеток в крови. Выводы были опубликованы 3 декабря в журнале PLOS ONE.
«В течение многих лет предполагается, что эти циркулирующие раковые клетки довольно хрупкие, и они по существу« смешиваются »с текущими силами в крови», – говорит Майкл Генри, адъюнкт-профессор молекулярной физиологии и биофизики в колледже UI Carver Медицина и автор исследования. «Но не было никаких прямых прямых доказательств того, как текучие силы в крови влияют на раковые клетки.
«Мы обнаружили, что нормальные клетки были, как и ожидалось, весьма чувствительными к силам жидкости, и большинство из них не выжило. Но, что удивительно, раковые клетки казались удивительно стойкими ».
Генри предполагает, что устойчивость к стрессовому напряжению жидкости может быть способом отличить доброкачественные от злокачественных клеток в циркулирующих образцах опухолевых клеток.
«Добавив этот действительно простой физический тест на выделение циркулирующих опухолевых клеток, этот метод может позволить нам сортировать злокачественные клетки из доброкачественных клеток. Возможность количественного определения количества «опасных» клеток может быть более точным прогностическим маркером для пациента, чем просто подсчет общего количества циркулирующих опухолевых клеток », – говорит Генри, который также является заместителем директора по исследованиям в Холденском комплексном онкологическом центре на UI.
Простая система
Используя простой шприц и точные математические расчеты динамики флюидов, команда пользовательского интерфейса создала экспериментальную систему, имитирующую короткие всплески турбулентного потока, которые могут испытывать раковые клетки в крови. Передача суспензии клеток через иглу шприца позволила исследователям изучить влияние серии миллисекундных импульсов высокого напряжения сдвига жидкости на различные типы раковых клеток (простата, грудь и меланома), а также нормальные эпителиальные клетки из ткани груди и простаты.
После 10 проходов, хотя шприц иглы при высокой скорости потока, около половины раковых клеток все еще живы. Напротив, очень немногие нормальные эпителиальные клетки выжили в процессе.
Более тщательное исследование данных о выживании клеток показало дополнительный поворот. Скорость, с которой раковые клетки разрушаются при прохождении через шприц, не является постоянной во всех 10 проходах. Вместо этого воздействие напряжения сдвига жидкости во время более ранних проходов, по-видимому, вызывает адаптивные реакции в раковых клетках, которые фактически увеличивают устойчивость клеток к стрессу сдвига жидкости.
Команда UI продолжала показывать, что этот процесс «ужесточения», по-видимому, связан с выражением общих генов, вызывающих рак. Они также показали, что блокирование сигнального пути, контролируемого одним из этих онкогенов, снижает устойчивость раковых клеток к напряжению сдвига жидкости.
Многие различные клеточные пути могут пойти не так, как надо, чтобы создать раковые клетки. Генри предполагает, что эта вновь открытая физическая характеристика раковых клеток может быть общим, сходящимся проявлением этих различных отдельных молекулярных аномалий.
Если это так, то простое измерение способности раковых клеток противостоять стрессам сдвига жидкости может позволить исследователям исследовать поведение раковых клеток и исследовать влияние раковых лекарств на опухолевые клетки.
Перевод на клинический
С удивительными результатами и их потенциалом для клинического использования исследование выросло из побочного проекта автора исследования и аспиранта Дж. Мэтью Барнса, и теперь получил внешнее финансирование для поддержки дальнейших исследований. Джонс Натом, автор исследования и ученик UI MSTP в лаборатории Генри, занялись исследованием, и Генри установил сотрудничество с UI урологом Джеймсом Брауном, M.D., чтобы проверить методику с образцами крови у пациентов с раком предстательной железы. Это исследование финансируется за счет гранта Министерства обороны.
«Следующий шаг для нас состоит в том, чтобы перевести эти данные в образцы пациентов и определить, может ли это быть полезным в контексте, который имеет клиническое значение», – говорит Генри, например, определяет, развивается ли рак или может ли он реагировать на конкретную терапию.