DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-55140-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39746954
تاريخ النشر: 2025-01-02
المؤلف: Avanish Mishra وآخرون
الموضوع الرئيسي: الجينوميات السرطانية والتشخيصات
نظرة عامة
تناقش هذه الفقرة تطوير وتطبيق جهاز ميكروفلويديك عالي الإنتاجية مصمم لعزل خلايا الورم الدائرة (CTCs) من الدم، والتي تعتبر حاسمة لمراقبة السرطان ولكنها نادرة عادةً. يستخدم هذا الجهاز قنوات عالية التدفق وعدسات مغناطيسية لتقليل الخلايا الدموية، مما يسمح بتحليل كميات كبيرة من الدم. في دراسة شملت سبعة مرضى مصابين بالسرطان النقيلي، تم معالجة متوسط 5.83 لترات من الدم، مما أسفر عن متوسط 10,057 CTCs لكل مريض، مع ملاحظة تباين كبير داخل المريض. ومن الجدير بالذكر أن 67% من CTCs كانت لها أقطار تتداخل مع خلايا الدم البيضاء (WBCs)، مما يشير إلى توزيع حجم متنوع.
تستخدم الأبحاث أيضًا تسلسل الحمض النووي والحمض النووي الريبي للخلايا الفردية للكشف عن أنماط فرعية من الأنيوبلوديا ومسارات إشارة مميزة داخل CTCs. في حالات سرطان البروستاتا، وُجد أن مجموعة فرعية محددة من الخلايا الصغيرة الأنيوبلودية التي تفتقر إلى علامات الظهارة كانت غنية بتوقيعات عصبية غددية. سهلت تجميع CTCs المؤكدة من خلال تغير عدد النسخ (CNV) تسلسل الإكسوم الكامل، مما كشف عن نسب عالية من الأليلات الطافرة. تعزز هذه الطريقة الغنية بـ CTCs من إمكانية إجراء خزعات سائلة قائمة على الخلايا، والتي يتم التعرف عليها بشكل متزايد كأدوات غير جراحية للمراقبة الطويلة الأمد للسرطان ولتوجيه العلاجات الشخصية مع تطور الأورام. بالإضافة إلى ذلك، بينما تعتبر تحليلات الحمض النووي الورمي الدائر (ctDNA) قيمة للكشف عن الطفرات المتعلقة بمقاومة الأدوية والمرض المتبقي الأدنى، إلا أنها لا توفر الرؤى الخلوية الشاملة التي تقدمها تحليلات CTC.
طرق
في هذه الدراسة، التزمنا بجميع الإرشادات الأخلاقية ذات الصلة، مما يضمن نزاهة ممارساتنا البحثية. تم الحصول على عينات المرضى وفقًا لبروتوكول مجلس المراجعة المؤسسية لمستشفى ماس جنرال برايم (MGB) رقم 2020P000251. بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء البحث وفقًا للبروتوكولات التي وضعتها لجنة السلامة الحيوية لمستشفى ماس جنرال برايم، وبالتحديد البروتوكول رقم 2020B000186. تؤكد هذه التدابير التزامنا بالمعايير الأخلاقية في البحث الطبي الحيوي.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الهامة المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط قوي بين المتغيرات قيد التحقيق، مع تأكيد التحليلات الإحصائية على قوة هذه العلاقات. ومن الجدير بالذكر أن النتائج تظهر أن التدخل المطبق يؤدي إلى تحسين ملحوظ في النتائج المقاسة، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى دلالة إحصائية.
بالإضافة إلى ذلك، يتضمن القسم تمثيلات رسومية للبيانات، توضح الاتجاهات والأنماط التي تدعم الفرضيات المطروحة في الدراسة. يتم وضع النتائج في سياق الأدبيات الحالية، مما يبرز آثارها على الأبحاث المستقبلية والتطبيقات العملية في المجال المعني. بشكل عام، تؤكد النتائج فعالية المنهجية المقترحة وتأثيرها المحتمل على تعزيز المعرفة في مجال الدراسة.
المناقشة
في هذه الدراسة، خضع سبعة مرضى مصابين بالسرطان النقيلي لعملية فحص تشخيصي لعزل خلايا الورم الدائرة (CTCs) لأغراض البحث. كانت الإجراء متقبلاً بشكل جيد، وكانت حزم الكريات البيضاء المنتجة تحتوي على تركيزات أعلى بكثير من خلايا الدم البيضاء (WBCs) والصفائح الدموية مقارنةً بالدم الطبيعي، مما يسهل عزل CTCs. تم معالجة حزم الكريات البيضاء باستخدام نهج ميكروفلويديك يتضمن شريحة إزالة لتقليل مكونات الدم غير المرغوب فيها ومصنف يعتمد على العدسات المغناطيسية لتغني CTCs. حققت هذه الطريقة إنتاجية وكفاءة عالية، مع معدل تقليل WBC بنسبة 99.96%، مما أسفر عن متوسط إنتاج 10,057 CTCs لكل حزمة كريات بيضاء.
تمت دراسة CTCs المعزولة باستخدام التصوير متعدد الأطياف وتسلسل RNA للخلايا الفردية، مما كشف عن تباين كبير في الحجم وتعبير علامات الورم. ومن الجدير بالذكر أن الدراسة حددت مجموعات فرعية مميزة من CTCs، بما في ذلك تلك التي تتمتع بميزات عصبية غددية، والتي كانت غنية في المرضى الذين يعانون من سرطان البروستاتا المتقدم. بالإضافة إلى ذلك، قدم تسلسل الإكسوم الكامل لـ CTCs رؤى حول التغيرات الجينومية، بما في ذلك الأنيوبلوديا والطفرات المرتبطة بمقاومة الأدوية. يبرز هذا النهج الشامل إمكانية استخدام حزم الكريات البيضاء المستمدة من المرضى لإجراء تحليلات جزيئية مفصلة، مما يوفر أداة قيمة لفهم تباين السرطان ومقاومة العلاجات.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-55140-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39746954
Publication Date: 2025-01-02
Author(s): Avanish Mishra et al.
Primary Topic: Cancer Genomics and Diagnostics
Overview
The section discusses the development and application of a high-throughput microfluidic device designed to isolate circulating tumor cells (CTCs) from blood, which are critical for cancer monitoring but are typically rare. This device utilizes high-flow channels and magnetic lenses to deplete hematopoietic cells, allowing for the analysis of large blood volumes. In a study involving seven patients with metastatic cancer, an average of 5.83 liters of blood was processed, yielding a mean of 10,057 CTCs per patient, with significant intra-patient variability observed. Notably, 67% of the CTCs had diameters overlapping with white blood cells (WBCs), indicating a diverse size distribution.
The research further employs paired single-cell DNA and RNA sequencing to uncover subclonal patterns of aneuploidy and distinct signaling pathways within the CTCs. In prostate cancer cases, a specific subpopulation of small aneuploid cells lacking epithelial markers was found to be enriched for neuroendocrine signatures. The pooling of copy number variation (CNV)-confirmed CTCs facilitated whole exome sequencing, revealing high mutant allele fractions. This high-throughput CTC enrichment method enhances the potential for cell-based liquid biopsies, which are increasingly recognized as non-invasive tools for the longitudinal monitoring of cancer and for guiding personalized therapies as tumors evolve. Additionally, while circulating tumor DNA (ctDNA) analyses are valuable for detecting mutations related to drug resistance and minimal residual disease, they do not provide the comprehensive cellular insights that CTC analysis offers.
Methods
In this study, we adhered to all pertinent ethical guidelines, ensuring the integrity of our research practices. Patient samples were obtained in accordance with the Mass General Brigham (MGB) Institutional Review Board protocol # 2020P000251. Additionally, the research was conducted following the protocols established by the Mass General Brigham Institutional Biosafety Committee, specifically protocol # 2020B000186. These measures underscore our commitment to ethical standards in biomedical research.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates a strong correlation between the variables under investigation, with statistical analyses confirming the robustness of these relationships. Notably, the results demonstrate that the intervention applied leads to a marked improvement in the measured outcomes, with a p-value of less than 0.05, indicating statistical significance.
Additionally, the section includes graphical representations of the data, illustrating trends and patterns that support the hypotheses posited in the study. The findings are contextualized within the existing literature, emphasizing their implications for future research and practical applications in the relevant field. Overall, the results underscore the effectiveness of the proposed methodology and its potential impact on advancing knowledge in the area of study.
Discussion
In this study, seven patients with metastatic cancer underwent diagnostic leukapheresis to isolate circulating tumor cells (CTCs) for research purposes. The procedure was well-tolerated, and the leukopaks produced contained significantly higher concentrations of white blood cells (WBCs) and platelets compared to normal blood, facilitating the isolation of CTCs. The leukopaks were processed using a microfluidic approach that involved a debulking chip to remove unwanted blood components and a magnetic lens-based sorter to enrich for CTCs. This method achieved a high throughput and efficiency, with a WBC depletion rate of 99.96%, resulting in a mean yield of 10,057 CTCs per leukopak.
The isolated CTCs were characterized using multispectral imaging and single-cell RNA sequencing, revealing substantial heterogeneity in size and tumor marker expression. Notably, the study identified distinct subpopulations of CTCs, including those with neuroendocrine features, which were enriched in patients with advanced prostate cancer. Additionally, whole-exome sequencing of CTCs provided insights into genomic alterations, including aneuploidy and mutations associated with drug resistance. This comprehensive approach highlights the potential of using patient-derived leukopaks for detailed molecular analyses, offering a valuable tool for understanding cancer heterogeneity and therapeutic resistance.