腫瘍細胞の侵入に対する理解が深まれば、長期的にはより効果的な治療法の開発につながる可能性がある。
膠芽腫は脳腫瘍の中でも最も攻撃的な形態のひとつです。その治療が難しい理由の一つは、腫瘍細胞が周囲の健全な脳へと広がり、手術で除去できる範囲を超えてしまうことです。残存したこれらの細胞が治療後の再発に寄与することがあります。
Nature Communications誌の研究で、Uppsala Universityの研究者は、脳組織の中を移動する際に何千もの個々の腫瘍細胞を追跡できる新しい手法「GlioTrace」を紹介しました。
「これまでのところ、私たちは膠芽腫の拡散の断片的な様子しか見ていませんでした。この方法は顕微鏡観察と人工知能を組み合わせ、生体の脳組織内でその過程が展開するのを観察できるようにします。異なる患者の腫瘍を比較し、治療への反応を調べることも可能です」と、Uppsala Universityの免疫学・遺伝学・病理学部門の研究者で、本研究の主要著者の一人でもあるHitesh Mangukiyaは述べています。
研究者たちは、6人の患者に由来する膠芽腫細胞を対象に研究を行いました。これらの細胞はマウスの脳内で腫瘍として成長させられ、その後薄切片に切り出して実験室で生存させました。自動化された顕微鏡法を用いて、研究者たちは薄切片を2時間を超えない間隔で最大5日間撮影しました。
私たちが最も驚いたのは、腫瘍細胞がとても柔軟だということだった。同じ細胞でも数日で動き方を変えることができる
Madeleine Skeppås
機械学習システムが個々の腫瘍細胞を識別・追跡し、研究者たちは統計モデルを用いて細胞が異なる状態間をどのように切り替えるかを計算しました。その結果、腫瘍間には明確な違いがあることが明らかになりました。ある腫瘍は主に血管に沿って広がる一方、他の腫瘍は脳組織全体により拡散する形で広がりました。個々の腫瘍細胞は時間とともに形状と動き方を変えることができ、血管沿いの移動から組織内を独立して移動する形へと切り替えることさえありました。
「私たちが最も驚いたのは、腫瘍細胞の柔軟性の高さだった。同じ細胞が数日で動き方を変えることができるのだ。腫瘍細胞が広がるのを止める治療法を開発するには、異なる挙動間の切り替え能力を理解する必要があります」と、Uppsala Universityの博士課程の学生で本研究の共同主著者でもあるMadeleine Skeppåsは述べています。
研究者たちはまたGlioTraceを用いて、薬剤が腫瘍細胞の動きに与える影響を調べました。2つの薬物が脳スライス上の腫瘍細胞の動きと拡散を抑制しました。しかし、その効果は患者由来の腫瘍間および移動する細胞の型によって異なりました。
チームはまた、いくつかの腫瘍モデルにおいて、放射線療法と化学療法の併用が特定の形状を持つ細胞の割合を増加させることを発見しました。これらの細胞は最も速く動く細胞の中に含まれ、細胞状態間の遷移ネットワークの中央に位置していました。これらの発見は、この浸潤性細胞が治療下で生存する可能性を示唆しますが、それが治療耐性を高めるのか、あるいは腫瘍の再発に寄与するのかを判断するにはさらなる研究が必要です。
「この方法を用いることで、何千もの個々の腫瘍細胞が生きた脳組織をどのように動くのかを初めてリアルタイムで監視し、それらの行動をその場で適応させる様子を見ることができます。長期的には、浸潤プロセスを理解し阻止する新たな可能性が開かれるでしょう」と、Uppsala Universityの統合がん研究の教授であるSven Nelanderは述べています。
GlioTraceの核心となるのは、Madeleine SkeppåsとChalmers University of TechnologyおよびUniversity of Gothenburgの同僚たちが共同で開発した計算解析システムです。顕微鏡画像を処理し、個々の細胞を追跡し、それらの異なる形状を識別し、時間経過に伴う変化を推定します。
標準的な顕微鏡を用いて脳の全スライスにわたって腫瘍細胞を追跡できる点は、脳の小さな領域だけを画像化する方法とは異なります。解析ソフトウェアは他の研究者にも自由に提供されています。「この方法が、腫瘍細胞が周囲とどのように相互作用するかを理解し、脳を通じてがんが広がるのを防ぐ治療法の特定に役立つことを期待しています。ただし現時点ではGlioTraceは研究手法であり、患者の治療決定を導くために用いられるには今後さらなる研究が必要です」と、Hitesh Mangukiyaは述べています。
出典： Uppsala University
