麻省理工学院和 Dana-Farber 癌症研究所的研究人员开发了一种新方法来确定个体癌症患者是否会对特定药物产生反应。 他们的方法包括将细胞暴露于药物中，然后使用类似于所示设备的设备测量它们的质量变化。 图片由研究人员提供。 背景：iStockPhoto
一项新的研究表明，胶质母细胞瘤治疗后患者存活率与肿瘤细胞量变化之间存在联系。
研究人员在 麻省理工学院简介 和 Dana-Farber 癌症研究所开发了一种新方法来确定个体患者是否会对特定的癌症药物产生反应。 这种测试可以帮助医生为那些对通常用于治疗癌症的疗法没有反应的患者选择替代疗法。
这项新技术涉及从患者身上去除肿瘤细胞，用药物处理细胞，然后测量细胞质量的变化，可应用于多种癌症和药物治疗，大卫 H.科赫生物工程和机械工程系工程教授，科赫综合癌症研究所成员。
“基本上所有临床使用的抗癌药物都直接或间接地阻止癌细胞的生长，”Manalis 说。 “这就是为什么我们认为测量质量可以提供许多不同类型药物机制影响的普遍读数。”
这项新研究侧重于胶质母细胞瘤，这是一种侵袭性脑癌，是科赫研究所与丹娜法伯精准医学项目合作的一部分，旨在寻找新的生物标志物和癌症诊断测试。
Manalis 和 Dana-Farber 患者衍生模型中心主任、哈佛医学院副教授 Keith Ligon 是该研究的高级作者，该研究于 5 年 2021 月 XNUMX 日发表在 细胞的报告. 该论文的主要作者是 Max Stockslager SM '17、PhD '20 和 Dana-Farber 研究技术员 Seth Malinowski。
测量癌细胞
每年约有 13,000 名美国人被诊断出胶质母细胞瘤无法治愈，但放射治疗和药物治疗有助于延长患者的预期寿命。 大多数不会存活超过一到两年。
“对于这种疾病，您没有太多时间进行调整。 所以，如果你服用一种无效的药物六个月，那是非常重要的，”Ligon 说。 “这种检测可以帮助加快每个患者的学习过程并帮助做出决策。”
诊断出患有胶质母细胞瘤的患者通常会接受一种称为替莫唑胺 (TMZ) 的化疗药物。 然而，这种药物只能帮助大约 50% 的患者。
目前，医生可以使用遗传标记——称为 MGMT 的基因甲基化——来预测患者是否会对 TMZ 治疗产生反应。 具有该标记的患者通常对药物反应更好。 然而，由于其他遗传因素，该标记不能为所有患者提供可靠的预测。 Ligon 说，对于对 TMZ 没有反应的患者，有一些替代药物可供选择，或者患者可以选择参加临床试验。
近年来，Manalis 和 Ligon 一直在研究一种预测患者反应的新方法，该方法基于测量肿瘤细胞对治疗的反应，而不是基因组特征。 这种方法被称为功能精准医学。
“功能精准医学背后的想法是，对于癌症，你可以获取患者的肿瘤细胞，给他们提供患者可能获得的药物，并预测会发生什么，然后再将其提供给患者，”Ligon 说。
科学家们正在研究许多不同的功能性精准医学方法，Manalis 和 Ligon 一直在追求的一项技术是测量药物治疗后细胞质量的变化。 该方法基于 Manalis 实验室开发的一种技术，用于称量具有极高 让它们流过 振动微通道.
几年前，Manalis、Ligon 和他们的同事证明，他们可以使用这项技术来分析两种类型的癌症，即胶质母细胞瘤和急性淋巴细胞白血病，对治疗的反应。 这个结果 基于在药物治疗后多次测量单个细胞，使研究人员能够计算治疗后它们的生长速度随时间的变化。 他们表明，这种被他们称为质量积累率 (MAR) 的统计数据可以很好地预测细胞是否对给定药物敏感。
使用 高通量版本 在他们于 2016 年开发的这个系统中，他们可以计算出每个患者仅使用 100 个细胞的准确 MAR。 然而，MAR 技术的一个缺点是细胞必须在系统中保留几个小时，因此可以一遍又一遍地称重，以便计算随时间的增长率。
在他们的新研究中，研究人员决定看看一种更简单且明显更快的方法——测量药物治疗和未治疗癌细胞之间单细胞质量分布的细微变化——是否能够预测患者的存活率。 他们对来自 69 名患者的一组活的胶质母细胞瘤肿瘤细胞进行了一项回顾性研究，这些细胞捐赠给了 Ligon 实验室和 Dana-Farber 患者衍生模型中心，并用它们来培养球体组织培养物。 分离细胞后，研究人员用 TMZ 处理它们，然后在几天后测量它们的质量。
他们发现，通过简单地测量治疗前后细胞之间的质量差异，每个患者样本使用少至 2,000 个细胞，他们可以准确预测患者是否对 TMZ 有反应。
更好的预测
研究人员表明，他们的质量测量与 MGMT 甲基化标记一样准确，但质量测量还有一个额外的优势，因为它可以用于遗传标记未显示 TMZ 易感性的患者。 对于许多其他类型的癌症，没有可用于预测药物反应的生物标志物。
“大多数癌症根本没有可以使用的基因组标记。 我们认为，这种功能性方法可以在您没有任何基因组标记选择的其他情况下起作用，”Manalis 说。
由于该测试通过测量质量变化来工作，因此可用于观察许多不同类型的抗癌药物的作用，无论其作用机制如何。 TMZ 通过阻止细胞周期起作用，这会导致细胞变大，因为它们不能再分裂，但它们的质量仍然增加。 其他抗癌药物通过干扰细胞代谢或破坏其结构起作用，这也会影响细胞质量。
研究人员的长期希望是，这种方法可以用于在单个患者的细胞上测试几种不同的药物，以预测哪种治疗方法最适合该患者。
“理想情况下，我们会测试患者最有可能获得的药物，但我们也会测试作为备用计划的东西：一线、二线和三线疗法，或不同的药物组合，”Ligon 说，她还担任布莱根妇女医院的神经病理学主任和波士顿儿童医院的病理学顾问。
Manalis 和 Ligon 共同创立了一家名为 Travera 的公司，该公司获得了这项技术的许可，现在正在从几种不同类型癌症的患者样本中收集数据，希望开发出可用于帮助患者的临床验证实验室测试。
参考：Max A. Stockslager、Seth Malinowski、Mehdi Touat、Jennifer C. Yoon、Jack Geduldig、Mahnoor Mirza、Annette S. Kim 的“使用单细胞群的功能性药物敏感性测试预测患者衍生癌症神经球模型的治疗结果” ，Patrick Y. Wen、Kin-Hoe Chow、Keith L. Ligon 和 Scott R. Manalis，5 年 2021 月 XNUMX 日， 细胞的报告.
DOI：10.1016/j.celrep.2021.109788
该研究由麻省理工学院精准癌症医学中心、DFCI 患者衍生模型中心、美国国家癌症研究所的癌症系统生物学联盟以及国家癌症研究所的科赫研究所支持（核心）资助资助。
