一項新的研究顯示，在膠質母細胞瘤治療后，患者的生存率與腫瘤細胞質量的變化之間存在着聯繫。麻省理工學院和Dana-Farber癌症研究所的研究人員已經開發出一種新的方法來確定個別患者是否會對特定的癌症藥物產生反應。這種測試可以幫助醫生為那些對通常用於治療癌症的療法沒有反應的患者選擇替代療法。
麻省理工學院和Dana-Farber癌症研究所的研究人員已經開發出一種新的方法來確定個別癌症患者是否會對某種特定藥物產生反應。他們的方法包括將細胞暴露在藥物中，然後用一個類似於圖中的裝置測量其質量的變化。
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Scott Manalis說，這項新技術涉及從患者身上切除腫瘤細胞，用藥物治療細胞，然後測量細胞的質量變化，可以應用於各種癌症和藥物治療。
基本上所有臨床上使用的癌症藥物都直接或間接地阻止了癌細胞的生長。這就是為什麼他們認為測量質量可以為許多不同類型的藥物機制的效果提供一個普遍的讀數。這項新研究的重點是膠質母細胞瘤，一種侵襲性的腦癌，是科赫研究所和丹娜法伯精準醫學項目合作的一部分，目的是尋找新的生物標誌物和癌症診斷測試。
Manalis和達納·法伯患者衍生模型中心主任、哈佛醫學院副教授Keith Ligon是這項研究的資深作者，該研究發表於2021年10月5日的《細胞報告》上。該論文的主要作者是Max Stockslager SM ’17, PhD ’20和Dana-Farber研究技術人員Seth Malinowski。
測量癌細胞的重量
膠質母細胞瘤每年約有13000名美國人被診斷出患有這種疾病，它是不治之症，但輻射和藥物治療可以幫助延長患者的預期壽命。大多數人的存活時間不超過一到兩年。”對於這種疾病，你沒有太多的時間來做調整。所以，如果你服用了六個月的無效藥物，那是相當重要的，”Ligon說。”這種檢測方法可以幫助加快每個病人的學習過程，並幫助決策。”
被診斷為膠質母細胞瘤的病人通常被給予一種叫做替莫唑胺（TMZ）的化療藥物。然而，這種藥物只對大約50%的患者有幫助。
目前，醫生可以使用一種遺傳標記–一種名為MGMT的基因的甲基化–來預測患者是否會對TMZ治療產生反應。擁有這種標記的患者通常對該藥物的反應更好。然而，由於其他遺傳因素的存在，該標記並不能為所有患者提供可靠的預測。Ligon說，對於那些對TMZ沒有反應的患者，有少數替代藥物可用，或者患者可以選擇參加臨床試驗。
近年來，Manalis和Ligon一直在研究一種預測患者反應的新方法，這種方法是基於測量腫瘤細胞對治療的反應，而不是基因組特徵。這種方法被稱為功能性精準醫療。功能精準醫學背後的想法是，對於癌症，可以採取病人的腫瘤細胞，給他們病人可能得到的藥物，並預測會發生什麼，然後再給病人服用。
科學家們正在研究許多不同的功能性精準醫療方法，而馬納里斯和Ligon一直在研究的一項技術是測量藥物治療后發生的細胞質量變化。該方法是基於馬納里斯實驗室開發的一項技術，通過讓單細胞流經振動的微通道，以極高的精度對其進行稱重。
幾年前，Manalis、Ligon和他們的同事證明了他們可以使用這種技術來分析兩種類型的癌症，即膠質母細胞瘤和急性淋巴細胞白血病，對治療的反應。這一結果是基於在藥物治療后多次測量單個細胞，使研究人員能夠計算出它們的生長速度在治療后如何變化。他們表明，這一統計數字，即他們所稱的質量積累率（MAR），能有力地預測細胞是否對某種特定藥物敏感。
使用他們在2016年開發的這個系統的高通量版本，他們可以用每個病人的100個細胞計算出一個準確的MAR。然而，MAR技術的一個缺點是，細胞必須在系統中停留幾個小時，因此可以反覆稱重，以便計算出一段時間的增長率。
在他們的新研究中，研究人員決定看看一種更簡單和明顯更快的方法：測量藥物治療和未治療的癌細胞之間的單細胞質量分佈的細微變化是否能夠預測病人的生存。他們用一組來自69名患者的膠質母細胞瘤活體細胞進行了一項回顧性研究，這些細胞被捐贈給Ligon實驗室和Dana-Farber患者衍生模型中心，並利用它們來培養球狀組織。分離細胞后，研究人員用TMZ處理它們，然後在幾天後測量它們的質量。
他們發現，通過簡單地測量治療前後的細胞質量差異，每個病人樣本使用少至2,000個細胞，他們可以準確預測病人是否對TMZ有反應。
更好的預測
研究人員表明，他們的質量測量與MGMT甲基化標記物一樣準確，但質量測量有一個額外的優勢，即它可以在遺傳標記物不能顯示TMZ易感性的患者身上發揮作用。對於許多其他類型的癌症，沒有生物標誌物可以用來預測藥物反應。
“大多數癌症根本就沒有可以使用的基因組標記物。”Manalis說：”我們所主張的是，這種功能性方法可以在其他情況下發揮作用，在這些情況下你沒有任何基因組標記物的選擇。”
因為該測試通過測量質量的變化來工作，所以它可以用來觀察許多不同類型的癌症藥物的效果，無論其作用機制如何。TMZ通過阻止細胞周期發揮作用，這導致細胞變得更大，因為它們不能再進行分裂，但它們仍然在增加質量。其他癌症藥物通過干擾細胞的新陳代謝或破壞其結構來發揮作用，這也會影響細胞質量。
研究人員的長期希望是，這種方法可以用來在單個病人的細胞上測試幾種不同的藥物，以預測哪種治療對該病人最有效。
“理想情況下，我們會測試病人最有可能得到的藥物，但我們也會測試作為備用計劃的東西：一線、二線和三線療法，或不同的藥物組合，”Ligon說，他還擔任布里格姆婦女醫院的神經病理學主任和波士頓兒童醫院的病理學顧問。
Manalis和Ligon共同創辦了一家名為Travera的公司，該公司已經獲得了這項技術的授權，目前正在收集來自幾種不同類型癌症的患者樣本數據，希望開發出可用於幫助患者的臨床驗證的實驗室測試。