Nat Bio Eng | 光标记与单细胞测序快速识别侵袭性癌细胞

原创 图灵基因 图灵基因 2022-04-13 07:03

收录于话题#前沿分子生物学机制

即使在肿瘤被手术切除或用药物缩小后，一些残留的侵袭性癌细胞也会刺激新肿瘤的生长和扩散。

“这些癌症干细胞的行为与其他细胞不同，因此对癌症复发有重大影响。”荷兰Erasmus大学医学中心助理教授Miao-Ping Chien博士说。

Chien和她的合作伙伴、荷兰Delft大学成像物理系的研究员Daan Brinks博士合作开发了一种新方法来检测这些邪恶细胞。

“肿瘤异质性是导致治疗耐药性、复发和转移的主要原因。我们的跨学科培训提出了解决这种异质性问题的方法：识别表现出攻击性行为的细胞，分离它们，并对它们进行测序，以了解这种行为的潜在分子原因。”Chien说。

研究人员开发了一种功能性单细胞选择管道（fSCS），它可以根据纺锤体形态、迁移速度或细胞分裂等属性选择癌细胞组，同时保持细胞活力，并在异质癌细胞池中标记这些细胞。然后，研究人员使用一种称为FUNseq（功能性单细胞测序）的方法对标记的单细胞进行测序，并将遗传数据与其功能特征关联起来。

该研究于近期发表在《Nature Biomedical Engineering》杂志上，题为“Linking the genotypes and phenotypes of cancer cells in heterogenous populations via real-time optical tagging and image analysis”。新方法将使检测侵袭性癌细胞、用光学标签标记它们、将它们与其他细胞分离并确定它们的RNA序列成为可能，从而在比现有技术允许的更短的时间内开发癌症药物和生物标志物。

Chien说：“我们知道它们已经存在很长时间了，但Holy Grail是能够精确地对这些细胞进行测序，以找出它们的DNA和RNA含量。对于这些特殊的细胞，仅仅检查细胞的外部是不够的。虽然在那里可以找到某些特征物质，即所谓的生物标志物，但在这样一个具有攻击性的细胞中，这些是非常多变的。”因此，将这些细胞的遗传特征与其表型互补，对于理解这些细胞如何工作，以及如何使用精确的药物靶向它们至关重要。

侵袭性癌细胞的功能标志是快速迁移并分裂成三个或四个子细胞，而正常细胞移动速度慢得多并且总是分裂成两个细胞。

这两个团队开发了一种可以同时对大量细胞进行成像的超宽视野显微镜，以及一种可以快速分析这些图像流的软件，以在成千上万个细胞中识别出在逃逸前表现出攻击性的细胞。

Miao-Ping Chien, PhD, an assistant professor atthe Erasmus University Medical Center, in the Netherlands is the senior authorof the paper.

“我们开发了一条全新的管道，用于识别、跟踪、分离和测序具有攻击性行为的细胞。新产品包括一种新型自制显微镜、实时细胞识别和跟踪算法，以及一种新的光化学过程来‘标记’感兴趣的细胞。”Chien说。

Daan Brinks, PhD, an investigator at thedepartment of imaging physics at Delft University in the Netherlands is asenior author of the paper.

显微镜将带图案的光束引导到检测到的侵袭性癌细胞上，癌细胞因癌组织用光激活的蛋白质或染料进行预处理而发光。然后选择点亮的细胞，并对其RNA进行测序和分析。

“我们现在可以确定侵袭性癌细胞的基因图谱。起初这并不容易，因为你必须一次性处理成像、选择和确定RNA序列的所有挑战。”Chien说，“我们在几个月内成功地发现了一种机制，而其他人用现有技术则需要几年时间。也许，用我们的方法，最终在几周内即可完成。”

应用他们的新平台，该团队确定TGFβ和NF-κB是导致快速迁移和松散组织间质样形态的途径。该平台还指出了在不同癌细胞系中过度表达的不同基因和途径。

“一旦我们知道了这种行为的潜在分子原因，这些信息就可以用来开发生物标志物来预测疾病进展或治疗反应；或解决转移或治疗耐药性的药物。”Chien补充道。

Chien和Brinks正在创办一家名为UFO Biosciences的公司，来自世界各地的研究人员可以将样本送来进行分析。

“我们非常有兴趣使用开发的产品线来更详细地了解潜在机制，例如，胶质母细胞瘤等侵袭性癌症的治疗耐药性。”Chien说，“在技术方面，我们希望扩大我们可以检测到的行为类型，建立一个关联基因型-表型数据的数据库，并将其用于开发生物标志物和药物靶点。”