«Наша способность объединить новое устройство микрофлюидного выделения ЦКО, разработанное здесь, в MGH, с секвенированием одноклеточной РНК дала нам новое биологическое понимание этих клеток и открыла новые возможности, чтобы попытаться заблокировать распространение рака», — говорит ведущий автор Дэвид Т. Тинг, доктор медицины, Онкологический центр MGH.Рак поджелудочной железы — одна из самых смертоносных опухолей, потому что он быстро распространяется через ЦОК, попадающие в кровоток. Самые ранние технологии выделения ЦОК из образцов крови основывались на взаимодействиях с известными опухолеспецифичными маркерами белков, при этом потенциально отсутствовали клетки, которые не экспрессировали эти конкретные маркеры. Устройство, используемое в текущем исследовании, названное CTC-iChip, позволяет изолировать все ЦКО в образце крови, независимо от белков, которые они экспрессируют на своей поверхности, путем удаления всех других компонентов.
Поскольку собранные ЦКО находятся в растворе, в отличие от предыдущих устройств для захвата ЦКО, они подходят для передовых методов секвенирования РНК для выявления паттернов экспрессии генов каждой отдельной клетки.Используя хорошо известную модель рака поджелудочной железы на мышах, исследователи впервые выделили 168 отдельных ЦОК из кровотока пяти отдельных мышей.
Анализ транскриптов РНК каждого ЦОК выявил несколько различных подмножеств ЦОК на основе паттернов экспрессии генов, которые отличались друг от друга и от первичной опухоли. Было обнаружено, что самая большая подгруппа, которую авторы называют «классическими ЦОК», имеет повышенную экспрессию гена стволовых клеток, называемого Aldh1 a2, наряду с генами, характерными для двух основных типов клеток — эпителиальных и мезенхимальных, переход между которыми был связан с метастазами опухоли. Другой ген, экспрессируемый почти всеми классическими ЦОК, Igfbp5, экспрессируется только в первичной опухоли в тех местах, где эпителиальные раковые клетки соприкасаются с поддерживающими стромальными клетками, которые обеспечивают питательное микроокружение, наблюдение, которое предполагает, что эти области могут быть источником ЦОК.
Группа исследователей была очень удивлена, обнаружив, что гены внеклеточного матрикса (ЕСМ) в целом — обычно экспрессируемые в основном в стромальных клетках — были высоко экспрессированы во всех классических ЦОК. Предыдущие исследования показали, что образование метастазов зависит от соответствующей клеточной микросреды — «почвы», в которой ЦКО могут сажать себя как «семена», и что экспрессия генов ЕСМ является важным аспектом этой среды. Экспрессия генов ЕСМ самими ЦКО предполагает, что клетки, передающиеся с кровью, могут обеспечивать или помогать готовить свою собственную «почву».Анализ ЦОК в образцах крови пациентов с раком поджелудочной железы, груди или простаты также обнаружил повышенную экспрессию нескольких генов ВКМ.
Один конкретный ген, SPARC, был высоко экспрессирован во всех ЦОК поджелудочной железы, а также в 31% ЦКО груди. Дальнейшие эксперименты показали, что подавление экспрессии SPARC в клетках рака поджелудочной железы человека снижает их способность к миграции и проникновению в ткани, и значительно меньше метастазов образовалось, когда SPARC-супрессивные опухоли поджелудочной железы были имплантированы мышиной модели, что подтверждает роль белка в метастатическом потенциале опухоли.«Учитывая наши ограниченные терапевтические возможности для лечения рака поджелудочной железы, понимание роли внеклеточного матрикса в этой опухоли кажется очень важным», — говорит Тинг, доцент медицины Гарвардской медицинской школы. «Много усилий было сосредоточено на нацеливании на микросреду для повышения эффективности химиотерапии, и данные, указывающие на то, что стромальные клетки окружающей среды могут увеличивать метастатическую способность опухоли, указывают на то, что белки ЕСМ важны независимо от того, продуцируются ли они в строме или внутри самих опухолевых клеток. нам необходимо исследовать, может ли терапевтическое воздействие на ECM разрушить как микроокружение опухоли, так и ЦКО, прежде чем у них появится шанс метастазировать ».