约翰·霍普金斯大学和其他机构的研究人员报告说，一种新的实验室测试可诱导癌细胞通过狭窄的空间挤压，它有可能准确预测哪些乳腺癌和其他实体瘤可能扩散或转移到其他部位。他们说，该测试还可能帮助临床医生选择最佳的药物来预防癌症扩散。
该研究小组获得了一项有关这项测试的美国专利，该技术称为“细胞侵袭定量微流分析（MAqCI）”，该技术使用一种装置来评估转移的三个关键特征：癌细胞的移动能力，压缩能力以进入狭窄通道并扩散。在实验室实验中，MAqCI设备可准确预测乳腺癌细胞系以及大多数标本中动物体内生长的患者源性肿瘤的转移潜力。
实验的说明已在线发表在最新一期的《自然生物医学工程》上。
高级研究作者Konstantinos Konstantopoulos博士说，尽管还需要进行更多的研究来确认和扩展该测试的能力，但迄今为止的结果鼓舞了研究人员，约翰·霍普金斯·怀廷化学与生物分子工程学教授William H. Schwarz工程学院和约翰·霍普金斯·金梅尔癌症中心癌症侵袭和转移计划的成员。Konstantopoulos还是约翰·霍普金斯大学生物医学工程学和肿瘤学教授，并且是约翰·霍普金斯大学纳米生物技术研究所的核心研究员。
他说，预测哪些乳腺癌患者将发生转移（这是威胁生命的疾病的标志）的挑战可能导致对良性疾病患者的过度治疗，以及对更具侵略性的癌症的治疗不足。“当在患者体内检测到肿块时，医生可以通过活检确定肿块是良性还是恶性，但是他们不能真正确定地说恶性肿瘤是否会变得高度侵袭性并转移到其他位置” ，康斯坦托普洛斯说。
当前用于预测或早期发现乳腺癌转移的技术依赖于基因表达谱分析和测量癌细胞释放的循环肿瘤细胞（CTC）或循环肿瘤DNA（ctDNA）。Konstantopoulos说，但是到检测到CTC时，患者的寿命可能会很有限。基因表达测试可测量与特定癌症相关的基因子集的表达水平，以预测预后。但是，考虑到乳腺癌的进展可能是由于不同生物学途径中的基因突变，同一途径中不同检查点的突变，甚至是同一基因内的不同改变，因此一项实验室检测不可能对所有患者都有效，他说。另外，每个肿瘤内的细胞高度变化，证据表明原发肿瘤内仅一小部分细胞能够形成转移。
此外，他说：“尽管液体活检或循环肿瘤DNA测量可以很好地监测患者在给药后对治疗的反应，但它们并未提供帮助医生选择最佳药物以防止扩散的手段。”
Konstantopoulos说，为了开发一种转移潜能的测试方法，该方法将填补其中的一些空白并与当前技术结合使用，研究人员利用了一些偶然的发现。当他和他的同事们研究非转移性乳腺癌细胞在由大小不同的Y形通道组成的工程环境中的运动时，他们观察到这些细胞无法进入装置的较窄部分。“转移性肿瘤细胞需要能够移动和变形以进入狭窄的空间，才能从原发肿瘤转移到患者体内的远处，而细胞的生长也需要不受控制的生长。定居远处的组织。”
选择Y形微通道的尺寸是为了模仿在体内不同部位（例如在纤维状间质组织中）发现的组织轨迹的复杂性和横截面积的变化。在神经，肌肉或上皮中；在骨腔中;并在大脑中。MAqCI设备放置在具有相衬和荧光成像功能的倒置显微镜的平台上，并连接到计算机。通过时移相差显微镜实时监测细胞迁移。
在当前的原理验证研究中，Konstantopoulos及其同事首先从25种不同的人类乳腺癌细胞系中提取了细胞并将其放入设备中，发现已经知道具有转移性的乳腺癌细胞系的细胞百分比大于阈值可以通过设备中的狭窄通道压缩并固定，因此具有更高的转移潜力。阈值百分比确定为7％的迁移细胞。与市售测试方法相比，该设备在预测不同乳腺癌细胞样本之间的转移潜能方面的准确度为96％，而在相同细胞系中的准确度为72％。
当研究人员添加一种额外的元素（测量一种在活跃增殖细胞核中发现的称为Ki-67的蛋白质）时，它增加了该设备预测迁移/转移潜力至其标本的100％的能力。
接下来，他们分离出了通过MAqCI通道迁移率高的细胞（据信会引发转移的细胞），以查看它们是否比未明确分离出具有转移特性的亲代癌细胞具有更高的转移能力（所谓的“未排序的”单元格）。他们将这两个细胞群注入小鼠体内，发现尽管这两个细胞群都形成了肿瘤，但注射了迁移细胞的8只小鼠中有4只在八周后发生了骨转移，这是乳腺癌转移的常见部位，而没有注射未分选的小鼠细胞转移到该组织。注射迁移细胞的小鼠在肺和肝中形成转移性肿瘤，是注射未分选细胞的小鼠中发现的转移性肿瘤的八倍。
为了进一步研究哪些因素导致了迁移细胞转移潜力的增加，研究人员将这些细胞与非迁移细胞的特征进行了比较，发现它们的伸长和移动速度和持久性更高。研究人员对每种细胞的RNA进行研究后发现，与未分类的异类群体相比，迁徙细胞在与细胞存活和迁移相关的多个信号通路中具有基因表达变化。
接下来，他们将MAqCI预测的另外四种人乳腺癌细胞系的转移潜力与植入活小鼠中的这些肿瘤细胞的实际行为进行了比较，并验证了MAqCI的准确预测。
在其他实验中，研究人员研究了来自转移性三阴性乳腺癌患者的两个特征明确的肿瘤标本（HCI-001和HCI-002）。这些细胞-缺少促进癌症生长的三种最常见的受体-能够通过MAqCI装置中的通道迁移，并且还发现其具有与转移性疾病相一致的Ki-67细胞水平，表明设备发现两个标本均具有转移性。
最后，研究人员测试了MAqCI预测抑制细胞运动性潜在疗法的有效性的能力。他们研究了FDA批准的用于黑色素瘤的曲美替尼药物和正在乳腺癌临床试验中研究的PI3K抑制剂BKM120。研究小组发现，曲美替尼可有效减少三种具有高转移潜力的三阴性乳腺癌细胞系中迁移细胞的百分比。然而，另一种药物BKM120降低了这三种细胞系中仅有两种的迁移细胞百分比，并实际上提高了第三种细胞系中细胞的迁移能力，研究人员发现这是由于每种细胞的基因突变不同所致。细胞系-癌症治疗中常见的混杂因素。
康斯坦托普洛斯说：“这一发现说明了肿瘤细胞对不同药物的不同反应，以及为什么我们需要除经典分子活性（如三阴性，HER2等）以外进一步对肿瘤进行亚分类的方法。”
研究小组说，如果进一步的研究证实了MAqCI检测的能力，那么它可以用于监测从活检组织或切除的乳腺癌或其他实体瘤中分离的细胞的迁移和增殖趋势。
