追踪结直肠癌细胞的发育轨迹
每种肿瘤由多种类型的细胞组成，它们都有不同的特征。除了决定疾病的进程外，单个癌细胞之间的这些差异还控制着靶向治疗的有效性。来自Charité - Universitätsmedizin柏林和德国癌症协会(DKTK)的一组研究人员已经能够追踪结肠直肠癌细胞的发育轨迹。除了观察单个细胞对癌症治疗的反应外，研究人员还能够看到癌细胞在治疗后有时产生耐药性的方式。研究人员在《EMBO分子医学》杂志上撰文指出，这些知识可以用来确定当前治疗方法的不足之处，以及如何改进这些缺点。
一种被称为单细胞测序的技术使研究人员能够同时在数千个细胞中研究基因表达——单个基因的活性。肿瘤由细胞亚群组成，这些亚群除了具有不同的特征外，还不断适应其微环境的变化。通过单细胞测序，由PD Markus Morkel博士和来自Charité病理研究所的Nils博士Blüthgen教授领导的研究小组研究了肿瘤组织的固有异质性，以便更清楚地了解结直肠癌的发展过程。
研究人员首先将结直肠癌细胞与健康肠道组织中的细胞进行比较。通过收集总共超过10万个单个细胞的数据，他们能够确定单个患者普遍存在的细胞特征。传统的测序方法只能提供特定时刻基因活动的图像。为了在细胞水平上重现和观察组织中发生的动态变化，研究人员必须创建结直肠癌细胞的三维培养。莫克尔博士解释说:“使用这些所谓的‘类器官’，我们能够追踪细胞的发育轨迹，”他补充说:“多亏了一项聪明的实验室技术，我们能够在特定的时间点标记细胞的RNA。除了确定每个细胞的当前活动状态外，这项技术还为我们提供了几小时前基因表达的图片。”研究小组随后研究了这些类器官中的癌细胞适应靶向抑制剂的临床重要治疗的方式。并不是所有的癌细胞都有相同的反应。虽然一些细胞被这种治疗消灭了，但其他细胞可能被最好地描述为“错误的转向”。他们偏离了正常的发育轨迹，进入了一种新的状态，使他们对最近的治疗产生了抗药性。
“这些类型的癌症组织单细胞实验代表着巨大的后勤和技术挑战。他们涉及多个机构的专家之间的合作——从外科专家到数据库专家，”PD Morkel博士解释说，他也是BIH Charité的生物门户单细胞的主要联络点，这是一个核心设施，旨在使单细胞技术快速有效地融入近病人转化研究。Blüthgen教授解决了一个明显的挑战，他也是Humboldt-Universität zu Berlin (HU)生命科学综合研究所(IRI)的研究员:“测量数十万个细胞中数千个基因的活动会产生非常大量的数据，”他解释道，并补充道:“这主要是由于机器学习领域的进步，我们现在能够以有效的方式分析这些数据。这使我们能够更好地了解基本的细胞过程，然后利用它来造福患者。”单细胞实验、机器学习和患者特异性细胞培养模型将在Charité的新癌症治疗方案的研究和开发中发挥关键作用。
参考:Uhlitz F, Bischoff P, Peidli S等。丝裂原激活蛋白激酶活性驱动结直肠癌细胞轨迹。EMBO Mol. Med．2021; n / a (n / a): e14123。doi:10.15252 / emmm.202114123
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