卵巣がんが最も致死的ながんの一つである主な理由のひとつは、タイミングです。早期に発見されれば、五年生存率は90％を超えることもあります。しかし、病気を遅れて3期または4期で見つけると、五年生存率はその半分以下になります。
約20年前、卵巣がんを研究していた研究者たちは、最も一般的なタイプである高グレード漿液性卵巣がんの多くが卵管に起源することを発見しました。卵管での病状を検出することは依然として困難であり、前駆病変は顕微鏡レベルで極めて小さく、標本の採取も難しいという点が一因です。
現在、MITの Kripa Varanasi 教授のグループは、MIT およびジョンズ・ホプキンス大学の同僚と協力して、特定の部位から生きた細胞を優しく回収して卵巣がんを含む多くのがんを検査できる携帯型デバイスを開発しました。研究者たちは、この技術が将来的にがんをより早く、より効果的に発見するのに役立つ可能性があると信じています。また、個々の患者サンプルに基づく治療法を作るためにも活用できるでしょう。
このシステムを説明する論文はジャーナル「Device」に掲載され、研究者らは、本システムが新たに切除された組織の標的採取を可能にすることを示し、生きた細胞を培養・検査のために回収するのに用いたと述べています。デバイスは組織に対して小さなマイクロ流体チャネルを押し当て、チャンネル内を液体で駆動するシリンジを用い、組織表面に平行な力を加えて、微小な組織片から生きた細胞を優しく剥離します。
病理学に新しい機能をもたらしたいと考えました。これにより、これらの細胞がどう見えるかを観察するだけでなく、生きたまま回収して挙動を研究することができます。
クリパ・ヴァラナシ
「卵管の特定の区域から周囲の組織をそのままの状態で生きた細胞を回収したい」と、研究のシニア著者であり機械工学の Maher A. Elmasri 教授でもあるヴァラナシは語る。「これらの生きた細胞を得れば、診断に利用したり、オルガノイドへと培養したり、疾病の生きたモデルを構築したりするなど、さまざまなことが可能になります。最終的には、個々の患者の細胞が異なる治療法にどう反応するかを検証し、より個別化された薬を開発する手助けになるでしょう。」
論文の共著者として、Domitille Avalle SM ’25、MITのポストドク Bert Vandereydt PhD ’26、および Sean Parks ’20, SM ’24 が挙げられています。その他の著者は、MIT の Huaiyao Peng 博士課程学生、ジョンズ・ホプキンス大学医学部 Stoddard and O’Neil 腫瘍性婦人科がん教授 Rebecca Stone、そして MIT の James Mason Crafts 教授で生物工学および材料科学工学の教授 Angela Belcher です。
高グレード漿液性卵巣がんの多くが卵管に起源するという発見は、リスクの高い女性に対する新しい予防選択肢を開き、出産後の時期に卵管を摘出することで、通常のホルモン産生を大きく損なわずに維持することが可能になる場合もあります。
ジョンズ・ホプキンス大学の婦人科腫瘍医である Stone は、卵巣がんのリスクが高いとされる特定の女性に対してこの手術を長く推奨してきました。Belcher は Stone を Varanasi に紹介し、3名と他の共同研究者らは、がんの中でも最も難解な問題に取り組む学際的チームを結集する Break Through Cancer から資金を得ています。彼らのプロジェクトは卵巣がんの早期検出の新しいアプローチを開発することに焦点を合わせており、細胞回収技術はその広範な取り組みの一部を形成しています。
研究者たちは、病気の最初期段階を研究するため、取り除かれた卵管の特定の部位から生きた細胞を回収できるかどうかを検討することから着手しました。「前癌性領域の早期信号を見つけられるか」というのがアイデアだったとヴァラナシは振り返ります。
従来のプロセスでは、手術で取り除いた卵管を化学保存液に浸し、組織を断片に切り分けます。保存液は組織の構造を保ちますが、細胞は生存しておらず、培養することはできません。病理医は薄片状の組織を顕微鏡で観察して、癌性または前癌性の領域を探します。「非常に時間がかかり、細胞にとって破壊的です」とヴァラナシは言います。「私たちは病理に新しい機能をもたらし、これらの細胞がどう見えるかを観察するだけでなく、生きたまま回収して挙動を研究できるようにしたいのです。」
MIT の研究者たちは、ジョンズ・ホプキンス大学の執刀医たちの手術室を訪問してこの過程を間近に見る機会を得ました。「それが私たちに刺激を与えました」とヴァラナシは語ります。「私たちの研究室では流体と表面の境界に関する多くの研究を進めており、鋭利な器具やブラシの代わりに流体を用いることで界面にせん断応力をかけ、生きた細胞を穏やかに剥がせるのではないかと気づきました。外科医から、いくつかの部位の細胞が緩んでおり通常の洗浄作業で剥がれ落ちることがあると聞いて、うまく機能する可能性があると考えました。」
「この種の課題は、臨床医とエンジニアが協力することでこそ利益を得られる、まさにそのタイプの問題です」とStoneは語ります。「私たちは臨床的ニーズを理解しており、MIT 側は流体力学と工学という全く異なる視点を持ち寄っています。その組み合わせが、私たちに新しい方法でこの問題に取り組む機会を与えてくれました。」
研究者たちの新しいアプローチは、組織と真空シールを形成する3Dプリントのマイクロ流体デバイスを使用します。デバイスは液体の流れを小さな領域に限定し、流れる液体がせん断応力を生み、生きた細胞を穏やかに剥離します。「このデバイスは、1本のシリンジが真空を作って組織に密着させ、もう一本のシリンジが液体をそれを通して押し出す、という仕組みです」と Vandereydt は語ります。「真空が密封を作るので、漏れはなく、局所的に組織の上に実質的にはマイクロ流体チップを適用して、細胞を穏やかに剥がします。」
研究者たちは、組織にかかるせん断応力を調整できることを示し、他の細胞回収ワークフローと自らのアプローチを比較しました。彼らの手法で回収された細胞は生存して培養での成長が、従来の方法で剥がされた細胞よりもはるかに容易に進みました。
最後に、研究者たちは新鮮な人間の卵管サンプルでデバイスを試験しました。ジョンズ・ホプキンスの共同研究者からサンプルの発送依頼があるため、常時対応の体制を取る必要がありました。実験後、サンプルは従来の病理検査のために戻されました。「サンプルはいつ来てもおかしくない状況だったのです。時には、共同研究者から『明日、卵管が二本届きます』と夜11時にメールが来ることもありました」と Vandereydt は語ります。「これらの卵管から生きた細胞を回収してオルガノイド化することができ、検査や病気のモデル化、最終的には個別化治療の開発にとって重要でした。」
「この技術の魅力は、病理のために組織を温存しつつ、特定の領域から生きた細胞を回収できる点です」と Stone は述べます。「将来的には日常的な組織病理のワークフローに統合し、人間の組織から直接、発がん機序と基本的な生物学を研究するための強力な新しい手法を生み出せると想像できます。」
ヴァラナシは、このプロジェクトを可能にした Break Through Cancer に感謝の意を表します。「Break Through Cancer は卵巣がんだけでなく膵臓がん、脳腫瘍、白血病、その他のがんにも取り組む人々を一堂に会わせました。私たちが何度も聞いたのは、組織の特定領域から生きた細胞を得るためのより良い方法がいかに貴重か、ということでした。」
正確な場所から周囲の組織を取り除くことなく生きた細胞を回収できるようにすることで、研究者と臨床医が病気をより早く特定し、その発生過程をより深く理解できるようになることを、彼らは期待しています。「この研究が最終的に卵巣がんの早期検出を可能にし、それによって女性を助けることができるなら、それは私にとって非常に充実したことになるでしょう」とヴァラナシは言います。「それこそが私たちの原動力です。研究室で発展させてきた科学と工学を、人々の生活のために役立てることが、私たちを動機づけているのです。」
この研究は Break Through Cancer Foundation の支援を受けました。
出典: マサチューセッツ工科大学; 著者: Zach Winn、MIT News
