バイオレーザーは血流中の循環腫瘍細胞を発光させます

ミシガン大学の研究者らは、膵臓がんおよび肺がん患者の血流中に循環する腫瘍細胞を検出する方法を開発しました。

研究というのは、 出版された で バイオセンサーとバイオエレクトロニクス。

腫瘍が発生すると、細胞が血流中に放出されます。これらの循環腫瘍細胞の数は他の何百万もの血液細胞よりもはるかに多いですが、それらを早期に検出することで治療結果を改善できる可能性があります。

たとえば、膵臓がんは、検出されたときには治療が手遅れになるため、予後が不良です。同様に、肺がんの検出率も、特に治療後に再発した場合には低くなります。

循環腫瘍細胞の現在の検出技術には、腫瘍細胞の表面上の特定のタンパク質を標識することが含まれます。 蛍光染料。これらの染色された細胞は、次の方法で簡単に検出できます。 血液サンプル。

ただし、いくつかの欠点もあります。一部の細胞はそれらのタンパク質を表面に持たないため、見逃される可能性があります。この技術では、がん細胞の内部で何が起こっているかに関する貴重な情報も見逃してしまいます。

化学工学教授のスニーサ・ナグラス氏は、「これらの既存の技術は通常、最終的にがん細胞を死滅させる方法が含まれているため、これらの細胞をさらなる研究に利用することができない」と述べた。

「私たちは、循環している腫瘍細胞を生きたまま特定する別の方法が必要であることに気づきました。」

そのために、研究者らはバイオレーザーに目を向けました。

この方法では依然として癌細胞を染料で染色する必要があるが、癌細胞を死滅させるわけではなく、研究者らは細胞の表面にあるタンパク質に依存する代わりに、すべての細胞に不可欠なもの、つまり細胞核を染色することができる。

研究者らは、膵臓がん患者の血液サンプルを使用して、最初にすべての細胞を「ラビリンス」と呼ばれる円形迷路に通過させた。この迷路では、他の細胞よりわずかに大きい循環腫瘍細胞があらかじめ分離されていた。 白血球。

「それは、自転車とトラックでカーブを運転するようなものです。経験する力は大きく異なります。その結果、大きな腫瘍細胞は小さな白血球に比べて異なる場所に集中します」とナグラス氏は述べた。

次に、腫瘍細胞を2枚の鏡で挟み、一度に1細胞ずつ励起レーザーを照射しました。

励起が十分に強い場合、細胞はレーザーを放射し、細胞レーザーと呼ばれます。

「 レーザー発光 細胞レーザーからの光は、従来の蛍光技術から得られるものよりもはるかに強力です」と生物医工学教授の Xudong (Sherman) Fan 氏は述べています。

「レーザー発光画像も異なります。蛍光発光では、細胞は輝く球のように見えます。しかし、レーザーを使用すると、がん細胞内で DNA がどのように構成されているかに関する情報を提供するさまざまな形状を見ることができます。」

ただし、これらの違いは微妙です。そこで研究者らは機械学習に助けを求めました。

Deep Cell-Laser Classifier モデルを使用すると、99% の確率で膵臓がん細胞を正確に選別することができました。モデルは非常に効果的でした。 膵臓癌 追加のトレーニングを必要とせずに、肺がん細胞を識別することができました。

「バイオレーザーを使って研究している研究グループはいくつかありますが、私たちはバイオレーザーを初めて使用しました。 臨床研究 癌と循環腫瘍細胞についての研究です」とファン氏は語った。

同グループは今後、がん細胞が検出された後にそれを隔離できる装置の構築に興味を持っている。

「私たちのシステムでは、収集したい場合は、 循環腫瘍細胞上部のミラーを取り外さなければならないので、セルが動いてしまい、見失ってしまう可能性があります」とファン氏は語った。

「私たちは、細胞がレーザー励起スポットを通って1つずつ移動し、その後の分析のために細胞を選別して収集するのに役立つ細胞選別装置を通過するシステムを開発したいと考えています。」

研究チームはまた、細胞が生成する光のパターンを利用して、どの腫瘍がより進行性であるか、または治療抵抗性が高いかをよりよく理解することも計画している。

「これらの循環細胞はすべて、互いに大きく異なる可能性があります」とナグラス氏は言う。 「治療サイクル中に攻撃的な細胞がどのように変化するかを特定できれば役立つでしょう。」