當腫瘤在一個器官內生長時，它們也會釋放出進入血液的細胞。這些細胞可以進入其他器官進而為新的腫瘤播種，這一過程被稱為轉移。來自麻省理工學院(MIT)的工程師們現在已經開發出一種技術，該種技術首次使他們能夠測量出小鼠體內這些循環腫瘤細胞(CTCs)的生成率。
他們的方法還揭示了CTCs一旦被釋放到血液中能存活多久，這可以幫助科學家更多了解不同類型的癌症如何在體內擴散。
生物工程系和機械工程系的David H. Koch工程教授、Koch綜合癌症研究所成員、該研究的論文資深作者Scott Manalis說道：「通過在小鼠之間交換血液，同時實時計數CTCs，我們獲得了對CTCs進入血液循環的速度以及它們被清除之前需要多長時間的直接測量。」
通過新系統，研究人員得以研究來自胰腺腫瘤及兩種類型肺部腫瘤的CTCs。
捕獲稀有細胞
循環中的腫瘤細胞在病人中是罕見的。一毫升血液中可能含有1到10個這樣的細胞。近年來，研究人員已經設計出了捕捉這些難以捉摸的細胞的策略，它們可以產生關於病人腫瘤的大量信息甚至幫助醫生跟蹤腫瘤對治療的反應。
「循環腫瘤細胞很有吸引力，因為你可以從血液中獲取它們，它們提供了一個了解腫瘤的窗口。這比對腫瘤進行活檢要容易得多，」Manalis說道。
由於小鼠只有1毫升多一點的血液，所以在它們體內找到CTCs則變得更加困難。Manalis表示，能夠研究小鼠的CTCs可以幫助研究人員回答許多懸而未決的問題，即這些細胞被腫瘤脫落的速度有多快、它們在血液循環中存活多久以及它們如何有效地播種新的腫瘤。
為了嘗試回答其中的一些問題，Manalis和他的學生設計了一個系統，讓他們能夠從患有腫瘤的小鼠身上抽出血液，然後在將其流入到一隻健康小鼠體內。隨後再通過一個單獨的管子，健康小鼠的血液流回患腫瘤的小鼠體內。該系統包括兩個細胞計數儀（每隻小鼠一個），用於檢測和清除血液中的循環腫瘤細胞。
通過利用這種設置，研究人員可以在不到一個小時內分析每隻小鼠的所有血液。在確定腫瘤小鼠和健康小鼠血液中的CTCs濃度後，他們可以計算出CTCs在腫瘤小鼠體內產生的速度。他們還可以計算出這些細胞的半衰期--這是衡量它們在被身體清除之前在血液中存活多久的標準。
研究人員跟科赫研究所的傑克實驗室成員合作，用該系統研究了患有三種不同類型腫瘤的小鼠：胰腺癌、小細胞肺癌和非小細胞肺癌。
他們發現四氯化碳的半衰期在三種類型的腫瘤之間相當相似，數值從40秒到大約250秒不等。然而不同類型的腫瘤之間的生成率顯示出更大的差異性。眾所周知，小細胞肺腫瘤具有積極的轉移性，每小時可產生超過10萬個CTCs，而非小細胞肺腫瘤和胰腺腫瘤每小時僅產生60個CTCs。
以往依靠注射實驗室培養的細胞系的腫瘤細胞的研究發現，這些細胞在血液中的半衰期只有幾秒鐘，但馬納里斯實驗室的新結果表明，內源性CTCs實際存在的時間要比這個長得多。
產生轉移
研究人員還表明，接受CTCs的健康小鼠後來出現了轉移，即使只交換了幾千個CTCs。他們發現，來自小細胞肺腫瘤的CTCs在接受者健康小鼠的肝臟中形成了轉移，這就像它們在腫瘤最初形成的小鼠中一樣。
「我們意識到的是，我們注射到健康受體小鼠體內的這些CTCs開始生長並形成轉移，我們可以在幾個月後檢測到，」Hamza說道，「觀察到這一點很令人興奮，因為它驗證了我們的血液交換技術還可以用來在其原生血液環境中溫和地注射有活力的CTC樣本，而不必使用苛刻的體外技術來富集它。」
通過利用這種方法，研究人員現在希望研究不同的藥物治療如何影響CTC水平。研究人員Alex Miller表：「有了這個系統，我們可以查看CTC的實時濃度，因此我們可以進行藥物治療並查看它是如何影響半衰期時間和生成率。」
研究人員還計劃利用這個系統研究其他類型的癌症，包括白血病和淋巴瘤等血癌。該技術還可以用來研究其他種類的細胞的循環動態，包括免疫細胞。