计算细胞数量可能会揭示癌症是如何扩散的

“通过在实时计数ctc的同时在小鼠之间交换血液，我们获得了ctc进入循环的速度以及清除它们需要多长时间的直接测量，”生物工程和机械工程部门的David H. Koch工程教授Scott Manalis说，他是科赫综合癌症研究所的成员，也是该研究的高级作者。

使用他们的新系统，研究人员能够研究来自胰腺肿瘤和两种类型的肺部肿瘤的ctc。

研究生亚历克斯·米勒和巴沙尔·哈姆扎博士。他是科赫研究所的访问科学家，是这篇论文的主要作者，今天发表在《科学》杂志上自然通讯．

捕获稀有细胞

循环肿瘤细胞在患者中很少见:一毫升血液中可能含有1到10个这样的细胞。近年来，研究人员设计了捕获这些难以捉摸的细胞的策略，这些细胞可以获得关于患者肿瘤的大量信息，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得它们，它们提供了一个进入肿瘤的窗口。这比对肿瘤进行活组织检查容易得多。”

在小鼠中，ctc更难找到，因为小鼠只有1毫升多一点的血液。Manalis说，能够在小鼠身上研究ctc可以帮助研究人员回答许多悬而未决的问题，比如这些细胞被肿瘤脱落的速度有多快，它们在循环中存活多久，以及它们如何有效地形成新的肿瘤。

为了回答其中的一些问题，Manalis和他的学生设计了一个系统，可以让他们从患有肿瘤的老鼠身上抽取血液，并将其流入健康的老鼠体内。通过一个单独的管道，健康小鼠的血液流回荷瘤小鼠。该系统包括两个细胞计数器(每只小鼠一个)，用于检测和清除血液中的循环肿瘤细胞。

使用这种装置，研究人员可以在不到一个小时的时间内分析每只老鼠的所有血液。在确定荷瘤小鼠和健康小鼠血液中ctc的浓度后，他们可以计算出ctc在荷瘤小鼠体内产生的速率。他们还可以计算细胞的半衰期——衡量细胞在被人体清除之前在血液中存活的时间。

研究人员与科赫研究所Jacks实验室的成员合作，使用该系统对患有三种不同类型肿瘤的小鼠进行了研究:胰腺癌、小细胞肺癌和非小细胞肺癌。

他们发现三种肿瘤中ctc的半衰期相当相似，值从40秒到250秒不等。然而，不同肿瘤类型之间的生成率表现出更大的变异性。众所周知，小细胞肺肿瘤具有强烈的转移性，每小时可脱落超过100,000个ctc，而非小细胞肺肿瘤和胰腺肿瘤每小时仅脱落60个ctc。

以前的研究依赖于从实验室培养的细胞系中注射肿瘤细胞，发现这些细胞在血液中的半衰期只有几秒钟，但Manalis实验室的新结果表明，内源性ctc实际上存在的时间要长得多。

生成转移

研究人员还表明，即使只交换了几千个ctc，接受ctc的健康小鼠后来也发生了转移。他们发现，来自小细胞肺肿瘤的ctc在健康小鼠的肝脏中形成了转移，就像它们在肿瘤最初形成的小鼠中所做的那样。

哈姆扎说:“我们意识到，我们注入健康受体小鼠的这些ctc开始生长并产生转移，我们可以在几个月后检测到。”“这是令人兴奋的观察，因为它验证了我们的血液交换技术也可以用于在其原生血液环境中温和地注入可行的CTC样本，而无需使用苛刻的体外技术来丰富它。”

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。Miller说:“有了这个系统，我们可以实时观察ctc的浓度，这样我们就可以进行药物治疗，并观察它是如何影响半衰期和生成率的。”

研究人员还计划使用该系统研究其他类型的癌症，包括血癌，如白血病和淋巴瘤。该技术还可以用于研究其他类型细胞的循环动力学，包括免疫细胞，如中性粒细胞和自然杀伤细胞。

这项研究由弗吉尼亚和路德维希癌症研究基金、癌症系统生物学联盟、国家癌症研究所、皮尤-斯图尔特癌症研究学者计划、斯隆化学奖学金和国立卫生研究院资助。