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为癌症患者选择最佳治疗通常是一门不精确的科学

麻省理工学院和达纳-法伯癌症研究所的研究人员采用了一种新的方法来设计更具个性化的治疗方法,从而开发出了一种测试肿瘤药物敏感性的新方法。使用测量单个细胞质量的装置,他们可以根据特定药物如何影响肿瘤细胞的生长速度,来预测特定药物是否会杀死肿瘤细胞。

研究人员成功地用一种非常侵略性的脑胶质母细胞瘤和一种称为急性淋巴细胞白血病的血液癌测试了这种方法。他们在10月10日的《自然生物技术》上报告了他们的研究结果。

麻省理工学院生物工程和机械工程系的Andrew(1956)和Erna Viterbi教授说:“我们已经开发了一种功能测定法,可以测定单个细胞的药物反应,同时保持下游分析(如测序)的活力。”麻省理工学院的科赫综合癌症研究所的成员,他是该论文的资深作者之一。

Dana-Farber癌症研究所的David Weinstock和Keith Ligon也是该论文的高级作者。主要作者是马克·史蒂文斯(Mark Stevens),他是前麻省理工学院的研究生,现在是达纳-法伯的研究科学家。MIT研究生Nigel Chou;和Dana-Farber博士后Cecile Maire和Mark Murakami。

测量细胞生长

近年来,科学家一直试图在肿瘤中鉴定表明对靶向癌症药物易感的遗传标记。但是,到目前为止,仅发现了少量癌症的有用标记物,即使进行了预测性测试,也并非对所有患有该类型癌症的患者都是准确的。

麻省理工学院和达纳-法伯的研究人员采用了不同的方法,这在一定程度上受到了一项测试的启发,该测试已经使用了数十年,用以选择抗生素来治疗细菌感染。抗生素敏感性测试包括简单地从患者身上获取细菌,将其暴露于多种抗生素下,并观察细菌是否生长或死亡。为了将这种方法转化为癌症,科学家需要一种方法来快速测量细胞对药物的反应,并在有限数量的可用细胞中进行反应。

在过去的几年中,Manalis的实验室一直在开发一种称为悬浮微通道谐振器(SMR)的设备,该设备可以比任何其他技术精确地测量细胞质量10到100倍。这使研究人员可以精确计算出短时间内单细胞的生长速率。

在这项研究中,Manalis的实验室与Dana-Farber研究人员合作,通过测量暴露于药物后的癌细胞生长速度来确定是否可以预测药物敏感性。研究小组分析了胶质母细胞瘤或白血病细胞的不同亚型,这些亚型先前已显示出对特定疗法敏感或耐药:对于胶质母细胞瘤,这些药物称为MDM2抑制剂,对于急性淋巴细胞白血病,这些药物被称为BCR-ABL抑制剂。这使研究人员能够测试他们的方法是否会产生准确的预测。

在将癌细胞暴露于药物后,研究人员等待了大约15个小时,然后测量了细胞的生长速度。在15至20分钟的时间内对每个细胞进行了多次测量,为研究人员提供了足够的数据来计算质量累积率。他们发现,已知对特定疗法敏感的细胞改变了其积累质量的方式,而耐药细胞则继续生长,好像未受影响。

史蒂文斯说:“我们能够证明我们所知道的对治疗敏感的细胞可以通过相对于耐药细胞大幅降低其生长速率来做出反应。”“而且由于这些细胞还活着,因此我们有机会在测量后研究相同的细胞。”

该技术的一个主要优点是可以用很少数量的单元来完成。在对白血病细胞的实验中,研究人员表明,使用含有约1,000个癌细胞的小滴血液,他们可以获得准确的结果。

达纳-法伯癌症研究所(Dana-Farber Cancer Institute)医学副教授安东尼·莱泰(Anthony Letai)说,另一个优势是可以测量细胞中微小变化的速度,他正在研究另一种方法来监测癌细胞对药物的反应。

“该系统非常适合进行快速测量,”未参与此项研究的Letai说。“我期待看到他们将其应用于更多的癌症和更多的药物。”

了解抵抗

研究人员现在正在使用这种技术来测试细胞的敏感性,然后分离出细胞并对其中发现的RNA进行测序,从而揭示哪些基因被打开。

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