MIT工程师设计出一种能揭示癌症如何扩散的肿瘤细胞计算方法

当肿瘤在一个器官内生长时，它们也会释放出进入血液的细胞。这些细胞可以进入其他器官进而为新的肿瘤播种，这一过程被称为转移。来自麻省理工学院(MIT)的工程师们现在已经开发出一种技术，该种技术首次使他们能够测量出小鼠体内这些循环肿瘤细胞(CTCs)的生成率。

他们的方法还揭示了CTCs一旦被释放到血液中能存活多久，这可以帮助科学家更多了解不同类型的癌症如何在体内扩散。

生物工程系和机械工程系的David H. Koch工程教授、Koch综合癌症研究所成员、该研究的论文资深作者Scott Manalis说道：“通过在小鼠之间交换血液，同时实时计数CTCs，我们获得了对CTCs进入血液循环的速度以及它们被清除之前需要多长时间的直接测量。”

通过新系统，研究人员得以研究来自胰腺肿瘤及两种类型肺部肿瘤的CTCs。

捕获稀有细胞

循环中的肿瘤细胞在病人中是罕见的。一毫升血液中可能含有1到10个这样的细胞。近年来，研究人员已经设计出了捕捉这些难以捉摸的细胞的策略，它们可以产生关于病人肿瘤的大量信息甚至帮助医生跟踪肿瘤对治疗的反应。

“循环肿瘤细胞很有吸引力，因为你可以从血液中获取它们，它们提供了一个了解肿瘤的窗口。这比对肿瘤进行活检要容易得多，”Manalis说道。

由于小鼠只有1毫升多一点的血液，所以在它们体内找到CTCs则变得更加困难。Manalis表示，能够研究小鼠的CTCs可以帮助研究人员回答许多悬而未决的问题，即这些细胞被肿瘤脱落的速度有多快、它们在血液循环中存活多久以及它们如何有效地播种新的肿瘤。

为了尝试回答其中的一些问题，Manalis和他的学生设计了一个系统，让他们能够从患有肿瘤的小鼠身上抽出血液，然后在将其流入到一只健康小鼠体内。随后再通过一个单独的管子，健康小鼠的血液流回患肿瘤的小鼠体内。该系统包括两个细胞计数仪（每只小鼠一个），用于检测和清除血液中的循环肿瘤细胞。

通过利用这种设置，研究人员可以在不到一个小时内分析每只小鼠的所有血液。在确定肿瘤小鼠和健康小鼠血液中的CTCs浓度后，他们可以计算出CTCs在肿瘤小鼠体内产生的速度。他们还可以计算出这些细胞的半衰期--这是衡量它们在被身体清除之前在血液中存活多久的标准。

研究人员跟科赫研究所的杰克实验室成员合作，用该系统研究了患有三种不同类型肿瘤的小鼠：胰腺癌、小细胞肺癌和非小细胞肺癌。

他们发现四氯化碳的半衰期在三种类型的肿瘤之间相当相似，数值从40秒到大约250秒不等。然而不同类型的肿瘤之间的生成率显示出更大的差异性。众所周知，小细胞肺肿瘤具有积极的转移性，每小时可产生超过10万个CTCs，而非小细胞肺肿瘤和胰腺肿瘤每小时仅产生60个CTCs。

以往依靠注射实验室培养的细胞系的肿瘤细胞的研究发现，这些细胞在血液中的半衰期只有几秒钟，但马纳里斯实验室的新结果表明，内源性CTCs实际存在的时间要比这个长得多。

产生转移

研究人员还表明，接受CTCs的健康小鼠后来出现了转移，即使只交换了几千个CTCs。他们发现，来自小细胞肺肿瘤的CTCs在接受者健康小鼠的肝脏中形成了转移，这就像它们在肿瘤最初形成的小鼠中一样。

“我们意识到的是，我们注射到健康受体小鼠体内的这些CTCs开始生长并形成转移，我们可以在几个月后检测到，”Hamza说道，“观察到这一点很令人兴奋，因为它验证了我们的血液交换技术还可以用来在其原生血液环境中温和地注射有活力的CTC样本，而不必使用苛刻的体外技术来富集它。”

通过利用这种方法，研究人员现在希望研究不同的药物治疗如何影响CTC水平。研究人员Alex Miller表：“有了这个系统，我们可以查看CTC的实时浓度，因此我们可以进行药物治疗并查看它是如何影响半衰期时间和生成率。”

研究人员还计划利用这个系统研究其他类型的癌症，包括白血病和淋巴瘤等血癌。该技术还可以用来研究其他种类的细胞的循环动态，包括免疫细胞。