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博客

臨床前轉移小鼠模型中的循環腫瘤細胞

2020-01-08

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探討臨床前小鼠腫瘤模型的代謝來研究循環腫瘤細胞(CTCs)和用于分離和表征CTCs的技術

臨床前小鼠轉移模型

我們已經報導過哪些臨床小鼠模型可以完美模擬人類轉移性癌的過程。在這篇文章中,我們將專注于使用這些模型來研究循環腫瘤細胞,包括最新的分離和描述CTCs的技術。在分子和功能水平上分離和表征CTCs對腫瘤學的治療發展有很大的前景。

建立體內腫瘤細胞循環模型

從根本上講,CTCs是從腫瘤原發或轉移位點脫落的癌細胞,它們以單細胞或聚集體的形式通過血液和/或淋巴管循環。一部分CTCs存活下來,滲入空隙,最后在新的遠端的微環境內形成腫瘤。

“液體活檢”是指檢測,表征和監測從外周血內分離出的非血液學癌癥的CTCs細胞。液體活檢吸引了眾多相關人員的關注,其中包括藥物開發人員和臨床醫生。這是因為CTCs可以用作藥物靶標,指導癌癥治療(例如評估療效,根據分子特征調整治療,監測殘留疾病)并減輕傳統組織活檢相關的負擔。

臨床前CTCs模型

為了在臨床前小鼠模型中研究CTC,必須在體內產生轉移性疾病。有許多轉移模型可用,每種模型在完美模擬人類轉移性癌的過程中都各有利弊。

一旦理想的轉移模型被選擇了,CTC分析將為開發新的生物標志物以及表征和追蹤轉移性疾病的進展提供獨特的機會,這可以為新型臨床治療提供關鍵見解。由于這些原因,臨床前轉移模型越來越多地被用于研究CTC,并且也可使用從患者血液樣本中分離或體外擴增后的CTC直接建立轉移模型。

乳腺癌

患者來源的異質瘤腫瘤模型(PDX)中檢測出CTCs。這類模型可以提供穩定且再生的CTCs,從而可以研究CTCs和潛在的轉移過程。

乳腺癌CTCs細胞系已經建立,并用于鑒定腦轉移的潛在特征。當將異種移植到免疫缺陷小鼠體內時,具有這種特征的CTCs被發現具有高度侵襲性,并產生腦轉移和肺轉移。同樣,從具有雌激素受體陽性的乳腺癌的患者中分離并建立的乳腺癌CTCs細胞系,60%在小鼠中具有致瘤性。

肺癌

患者來源的CTCs被用于建立CTC來源的外植體臨床前小鼠模型,其中包括具有高表達CTC的小細胞肺癌(SCLC)。例如,患者來源的SCLC CTC在免疫缺陷小鼠中具有致瘤性,而且CTC來源的模型還能反映供體患者對化學療法的反應。

結腸癌

一個來自結腸癌患者的CTC的穩定細胞系被建立了,它們具有原始腫瘤的特征,并在免疫缺陷的動物中誘發腫瘤,從而可以進行功能研究和藥物評估。

富集和表征CTCs

在進行CTC研究之前,研究人員應通過富集和表征CTC技術來熟悉他們。尤其是,由于CTC的以下特性,富集仍是主要的技術挑戰

  • 外周血少見(估計每105-108個白細胞約產生1 個CTC)。
  • 疑似半衰期短
  • 缺乏可靠的表面生物標志物。

但是,近來的技術進步幫助克服了一些挑戰,并且存在可收集和識別CTC的商用平臺。

CTCs通常被認定為表達上皮標記細胞角蛋白(CK)/ EpCAM但不表達CD45的有核細胞。 但是,當前通過識別上皮特異性標記物捕獲CTC技術的缺點是沒法檢測經上皮-間質轉化(EMT)后且不再過表達EpCAM的CTC。經過EMT的CTC會獲得間質形態,這與顯著表達間質標記物(例如:波形蛋白(CSV),Slug或Twist)有關,可以用作識別更廣泛表型的替代或補充方法。

CTC獲取

免疫磁珠富集CTCs是最常用的捕獲CTCs的技術。它依賴于磁珠的分離技術,使用與磁珠偶聯的抗體從血樣中富集CTCs。抗體通過靶向上皮或腫瘤特異性抗原來結合CTCs,或者通過靶向血細胞抗原(例如CD45)來排除CTC。

許多商業供應商銷售不同的產品。 值得注意的是,某些陽性結合產品(例如:基于EpCAM的系統)僅靶向上皮細胞。 如今,CellSearch?CTC Kit是唯一獲得FDA批準的檢測全血中上皮來源CTC(CD45-,EpCAM +和細胞角蛋白8、18+和/或19+)的產品。

密度富集依賴于CTCs的密度通常低于血細胞的密度。有幾家商業供應商通過密度將CTC與血細胞分開。該技術可捕獲上皮和間充質CTC,通常易于使用且價格便宜,但是該方法的特異性比較低。

基于大小的富集依賴于CTC和白細胞之間大小的差異。 CTC比白細胞大,不同的過濾孔徑可將兩者分開。 技術可捕獲上皮和間質CTC,并且通常也易于使用且價格便宜。但是,較小尺寸的CTCs可能會丟失。

微流體的富集是使全血通過含有芯片的微通道。當CTCs過通道時,它們會被附著在“微柱”上的抗體捕獲或按大小過濾。多種微流體選項是可商購的。這些設備可以處理的液體量在微升到納升的范圍內,并且它們通常可以高濃度富集和分離完整的CTC。

CTC特征

不論富集技術如何,都需要后續下游的表征(即檢測,計數和/或分子表征),這可以使用多種基于蛋白質和/或核酸的方法來實現。

基于蛋白質的檢測和分子表征是通過一種或多種技術進行的。常見的包括流式細胞術和免疫熒光,它們依賴于靶向CTC上抗原的熒光偶聯抗體。然后使用特定激光或圖像來進行識別 基于核酸的檢測和分子表征通常是通過實時定量PCR進行的,PCR可基于特定基因的表達來識別CTC。其他技術已經越來越多的被使用了,例如下一代測序和其他基因組分析。值得注意的是,這些分析方法無法準確定量CTCs或回收CTCs用于其他分析。

除了CTCs外,液體活檢還提供了評估ctDNA的機會。這是另一種具有高敏感性的循環生物標志物,可用于治療選擇,反應監測以及監測腫瘤負荷和疾病的分子特征。 ctDNA的分離和分析在技術上可能要求較低,每種生物標記物都有各自的優缺點。因此,研究人員應仔細考慮選擇生物標志物,從而實現其特定的研究目標。

總結

臨床前轉移小鼠模型對于CTC的研究具有不可估量的價值,并且越來越多地被用于研究實驗。 一旦選擇了合適的轉移模型,就可以利用CTC分析來開發新的生物標記物,并表征和跟蹤轉移性疾病的發展過程。

此外,對于CTC的分離和表征,研究人員有多種選擇可以考慮。在開始CTC研究之前,研究人員應了解每種選擇的優缺點。

Topics: Blog, Oncology

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