新肿瘤地图给前所未有的结肠直肠癌

乍一看:

• 研究人员建立详细的2 d和3 d地图大肠癌以更好地理解疾病的动态
• 地图显示新的信息关于直肠癌,包括肿瘤的分子结构以及它们如何与免疫系统相互作用
• 结直肠癌阿特拉斯的终极目标是推动癌症研究,提高诊断和治疗

在美国,把45带来了一个相当不愉快的通过仪式:内窥镜的常规的结肠镜检查,配备了光线和相机用于视觉检查结肠癌症的迹象。相对增长缓慢,结直肠癌通常可以进行手术治疗如果发现得早。然而,它变得更加难以治疗的时间越长它隐藏着未被发现的,使它的第四个癌症相关死亡的主要原因在乡下。

尽管这种高度的可用性视觉筛选过程,给每位患者治疗决策很大程度上仍然遵循传统组织学,病理学家评估大肠癌通过检查的幻灯片在显微镜下肿瘤样本。

现在,哈佛大学医学院的一个团队结合组织学和尖端单细胞成像技术来创建大规模的2 d和3 d空间结直肠癌的地图。的地图,中描述的细胞层广泛的分子信息的组织学特性提供了新的关于癌症的结构信息,以及它如何形成,发展,与免疫系统相互作用。

“我们的方法提供了一个150年的诊断病理学和分子窗口显示的许多元素和结构传统上认为是孤立的以出乎意料的方式实际上是相互联系的,”文章的第二作者说彼得·佐尔格,奥托·克莱HMS系统药理学Blavatnik学院教授。“一个类比,之前我们只是看着尾巴或大象的脚,但是现在,第一次,我们可以开始看到整个大象。”

地图是团队的更广泛的努力的一部分,为不同的癌症类型,创建地图册将免费提供给科学界的一部分,美国国家癌症研究所的人类肿瘤Atlas网络。以前,研究人员使用类似的方法来创建深入早期黑色素瘤的地图和其他癌症地图已经在开发中。最终,这些癌症地图册的团队希望将推动研究和改进诊断和治疗。

研究人员结合组织学信息通过传统病理学(粉红色和紫色)与分子数据通过尖端复合成像(荧光绿色,黄色,红色,蓝色)建立大肠癌的细节图。信贷:香农忸怩作态,Santagata实验室;蜀王Yu-An陈,佐尔格实验室,哈佛医学院

新老结合

组织学一直是癌症诊断和治疗的基石:病理学家检查肿瘤样本与苏木精和伊红染色(圆))在显微镜下和挑选关键特性来确定癌症的品位和阶段。肿瘤学家使用这些信息制定治疗计划,这通常涉及一些手术、药物和辐射。H&E-based组织学相对简单,便宜,快速,可以揭示了很多关于肿瘤。

“我们现有的地图大肠癌起源于病理学——在150年,我们已经找到了最重要的)特性诊断病人,”文章的第二作者说桑德罗Santagata副教授,HMS系统生物学和病理学副教授布莱根妇女医院。

然而,传统组织学有其局限性,即它不捕捉癌症的分子构成或物理结构,这使得它难以充分利用信息的癌症研究人员获得了过去50年。

“组织学是极其强大的,但是我们经常不知道这意味着现代分子而言,“佐尔格说。

在论文中,研究人员结合组织学和单细胞分子成像数据通过多路循环免疫荧光成像技术,或CyCIF。他们使用这些信息来创建详细的2 d地图大地区大肠癌。第一作者Jia-Ren林、平台HMS系统药理学实验室的主管领导努力针这些地图在一起形成一个大型肿瘤的三维重建。

“我们的地图包括信息近1亿从大块的肿瘤细胞,并提供一个前所未有的观察结直肠癌,“Santagata说。他们允许研究人员开始问关键问题对正常和肿瘤组织之间的差异和变化在一个肿瘤,他补充说,披露“激动人心的建筑以前从未被观察到的特性,以及与这些功能相关的分子变化。”

地图显示单个肿瘤可以有更多和侵入性较小的部分,和或多或少malignant-looking地区——导致组织学和分子渐变过渡到下一个肿瘤的一部分。

”在每个肿瘤,有一个广泛的结肠直肠癌的属性——我们看到许多不同地区和社区不同的特征,以及它们之间的转换,“Santagata说。从这里,他补充说,科学家现在可以探索个体肿瘤内驱使这些差异。

例如,地图显示,免疫环境急剧变化在一个肿瘤。

“他们不同在一个单一的肿瘤肿瘤——这很重要,因为肿瘤免疫之间的相互作用是你试图与免疫治疗目标,“佐尔格说。在黑素瘤类似于他们的发现,研究人员发现,T细胞负责对抗癌症没有直接抑制肿瘤细胞,而是由其他免疫细胞在肿瘤周围的环境。

“这给了我们一个全新的欣赏不同和塑料肿瘤环境——他们是富裕的社区,和我们现在能更好地找出他们如何发展,“Santagata说。bet188真人

地图还提供了新的见解的架构肿瘤。例如,科学家曾发现了他们认为是mucus-like的2 d池被称为“黏液素”的物质与集群内的癌细胞浮动。然而,在新的研究中,三维重建显示这些黏液池,事实上,一系列的洞穴相互联系的渠道,像手指一样的预测的癌细胞。

“这是一个野生的,重新审视我们从未真正欣赏这些肿瘤的结构,“Santagata说。在3 d”,因为我们可以看到他们,我们有一个清爽、干净的结构,我们现在可以研究他们为什么在那里,他们如何形成,以及它们如何形成肿瘤的进化。”

结肠的多路图像显示正常细胞(左)(右)转变为癌细胞。不同的颜色表示如DNA分子特性,肿瘤细胞和免疫细胞。研究人员希望研究这样的转换学习更多关于结直肠癌的形成和发展。信贷: Jia-Ren林,佐尔格实验室,哈佛医学院

翻译结果

最终,这些结直肠癌地图的目标是相同的,这是所有的癌症地图册团队发展:高级研究和改进诊断和治疗。精密医学,包括裁剪个体病人的癌症治疗,正成为一个日益重要的治疗的一部分,佐尔格说,然而到目前为止,它只可以单独与病理学和遗传学。

“大平移故事这是构建知识使精密医学实践对大多数患者来说,”他说。“我们正在与布里格姆和妇女和丹纳-法伯癌症研究中心的研究,以确定我们的方法可用于临床。

“这是让我们来提取一个附加层的分子和结构特点,我们认为将提供诊断和预后信息和提高我们的能力目标这些癌症,”Santagata补充道。

现在,研究人员想进一步完善自己的能力创造3 d重建肿瘤并继续将新的成像技术集成到他们的地图。他们也想建立一个更大的结直肠癌样本映射和探索的基本生物学疾病地图高亮显示。

结直肠癌的科学家创造了一个三维重建显示未知疾病的结构特点和它们是如何连接的。信贷:克拉伦斯卷边装订,佐尔格实验室,哈佛医学院

佐尔格的项目代表一个不同寻常的病理学家之间的合作,工程师,科学家和计算:卷成像数据,计算科学家利用机器学习识别有趣的发现,他们提出了病理学家,和病理学家标记关键特性解析与机器学习。

“这是一个非常亲密的对话计算组和病理组织,丰富的历史之间的来回医学病理学家和现代的机器学习方法。”佐尔格说。“我认为这是一个令人兴奋的如何使用这些计算方法在医学在未来,在你紧夫妇与计算生物学家和医生,而不是将它们作为替代对方。”

团队选择了黑色素瘤和结肠直肠癌作为起点,因为他们是常见的癌症与未满足的医疗需求,包括大型实体肿瘤,需要重要的治疗决定。接下来,研究人员计划解决乳腺癌和脑癌。他们也想训练其他科学家使用成像技术来构建自己的癌症地图,这将为创造更多的地图册。

“分子病理学的一个新时代开始,这是一个深看肿瘤向我们展示非凡的结果如何,“Santagata说。

参考:林小,王,腼腆的年代,等。多路复用的3 d地图状态转换和免疫交互在结肠直肠癌。细胞。2023,186 (2):363 - 381. - e19。doi:10.1016 / j.cell.2022.12.028

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