Создан чип, расщепляющий раковые клетки
Рисунки из пресс-релиза University of Michigan Blood biopsy: New technique enables detailed genetic analysis of cancer cells – ВМ.
Генетическое профилирование раковых клеток может помочь врачам нацелиться на опухоли и более эффективно контролировать лечение. Новый метод является существенным улучшением по сравнению с современными подходами, поскольку он также определяет различия между раковыми клетками у одного пациента.
«Это может быть совсем другая игра», – говорит Макс Уича, профессор онкологии в Университете Мичигана и старший врач исследования, опубликованного в Nature Communications (Cheng et al., Hydro-Seq enables contamination-free high-throughput single-cell RNA-sequencing for circulating tumor cells).
Прежние методы означали компромисс между всеобъемлющим генетическим профилем ограниченного подмножества раковых клеток или захватом большинства раковых клеток и возможностью искать только несколько генов. В результате генетические профили часто пренебрегали важными популяциями раковых клеток, включая такие, которые, как считается, распространяют рак в организме.
«Наш чип позволяет нам захватывать чистые циркулирующие опухолевые клетки и затем извлекать генетическую информацию без какого-либо загрязнения из красных и белых кровяных клеток», – говорит руководитель работы Юсик Юн, профессор электротехники и компьютерных наук Мичиганского университета.
Новая лабораторная микросхема под названием Hydro-Seq, размером чуть больше монеты, позволяет проводить комплексное генетическое исследование рака на основании анализа крови.
Многие современные лекарства от рака работают, преследуя клетки с определенными генами. Эти гены позволяют идентифицировать их как раковые клетки. Но они не одинаково активны в популяции раковых клеток пациента и могут меняться в течение курса лечения.
Повторные биопсии для мониторинга опухоли являются болезненными и потенциально опасными для пациента. Взятие раковых клеток из образцов крови предлагает неинвазивный способ наблюдения, исчезает ли рак или становится ли он устойчивым к лечению.
«Это позволяет не только выбирать целевую терапию, но и контролировать результаты этой терапии у пациентов при выполнении этого анализа крови», – говорит Уича.
Используя этот метод, команда собрала и проанализировала 666 раковых клеток из крови 21 пациента с раком молочной железы.
Раковая клетка (красного цвета), которую Hydro-Seq взял из образца крови.
Генетический анализ подтвердил, что даже у одного пациента раковые клетки часто ведут себя по-разному. Группа Уича ранее показала, что раковые клетки со свойствами стволовых клеток опосредуют метастазирование.
Хотя раковые стволовые клетки составляют лишь несколько процентов опухолевых клеток, они составляют более высокую долю раковых клеток в кровотоке. В этом исследовании около 30−50 процентов раковых клеток, отобранных из образцов крови, проявляли свойства, подобные стволовой.
Эту популяцию особенно легко пропустить с помощью методов, которые отбирают чистые, но неполные образцы раковых клеток из крови пациента путем захвата белков на поверхности клеток. Стволоподобные клетки находятся в спектре между двумя более типичными видами клеток, а это значит, что они не показывают согласующиеся с ними белковые маркеры.
Чтобы получить чистый и беспристрастный набор раковых клеток из пробирки с кровью, команда начала с техники, которая удаляет клетки крови путем сортировки образца крови по размеру клеток. Начиная с примерно одной раковой клетки в миллиарде клеток крови, этот шаг оставил только 95 или около того клеток крови на каждую раковую клетку. Но это все еще слишком загрязнено для детального генетического анализа.
Новый метод, который исследователи называют Hydro-Seq, избавляет от последних клеток крови, а затем анализирует каждую клетку.
Ключевой технологией является микросхема с системой каналов и камер. Она захватывает раковые клетки по одной, пропуская жидкость через дренаж в каждой камере, а затем закрывает его, когда попадается раковая клетка. Как только камера забита, клетки в канале проходят мимо и всасываются в следующую камеру. Затем, чтобы «смыть» клетки крови с чипа, они пропустили чистую жидкость через микросхему и снова вытянули ее, унося с собой почти все остальные загрязняющие клетки.
С чистым образцом изолированных раковых клеток команда сделала генетические профили. Они следовали за «транскриптомами» клеток – по сути, снимками того, какую ДНК каждая клетка считывала и использовала. Это выявило активные гены клеток.
Исследователи захватили транскриптомы с помощью штрих-кодов – метода, который до сих пор было трудно использовать с небольшими клеточными образцами. Команда бросила шарик со штрих-кодом в каждую камеру, а затем закрыла камеры, прежде чем разрушить клеточные мембраны. Это высвободило РНК – маленькие кусочки генетического кода, недавно прочитанные с ДНК клетки – так что РНК прикрепилась к штриховому генетическому коду на шарике. Затем команда может анализировать содержимое каждой ячейки в отдельности.
«Раньше мы могли измерять два или три гена одновременно с помощью методов окрашивания, но теперь мы получаем исчерпывающую картину циркулирующих опухолевых клеток, измеряя тысячи генов в каждой клетке за один раз», – говорит первый автор статьи Ю-Чи Чен, ассистент-исследователь в области электротехники и информатики.
Лечение рака похоже на охоту за движущейся мишенью, при этом рак изменяет свою экспрессию генов, поскольку лекарства убивают одни клетки, но не другие. Соавтор Моника Бернесс, доцент кафедры внутренней медицины, рассчитывает использовать новое устройство для отслеживания прогресса пациентов в предстоящем испытании лекарств.
«Это очень мощный инструмент для мониторинга – на клеточном уровне – того, что лечение делает с опухолями с течением времени», – говорит Бернесс, которая изучает новые лекарственные препараты для больных раком.
Финансирование этой работы поступило от Национального института здравоохранения, Фонда исследований рака молочной железы, Института изучения рака им. Форбса и Программы партнерства в области исследований и трансляций Колтера Университета Мичигана. Исследователи изготовили устройства на фабрике нанотехнологий Lurie.
Максим Приданов, FutureOut
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
