研究人员使用一小组药物发现，化合物A1331852和曲美替尼会增加人结肠肿瘤中癌细胞的死亡。图片来源：P。Bhola等人，《科学信号》(Science Signaling，2020年)
Dana-Farber癌症研究所的研究人员今天在《科学信号》上发表的一项研究中报告说，一种在新鲜收集的人类肿瘤细胞中筛选数千种药物的新方法可以帮助鉴定、哪种药物最有可能对那些癌症有效。
由于该技术使用的是患者体内不到一天的肿瘤细胞，因此它很可能比传统的药物筛选方法更准确，传统的药物筛选方法使用的是实验室细胞模型，从患者体内分离这种模型可能需要数周甚至数年. 研究作者说、它的使用可以提高医师针对个别患者进行个性化治疗的能力，并帮助科学家发现新药可靶向的癌细胞中的脆弱性。
研究的第一作者达纳(Dana)的帕特里克·博拉(Patrick Bhola)博士说：“经过长时间培养的癌细胞可能会发生多种变化，可能无法代表小鼠或人类中的肿瘤细胞。”“挑战在于创造一种药物筛选技术，以缩小体内肿瘤细胞与我们进行筛选的细胞之间的差距。我们开发的技术有助于实现这一目标。”
这项技术被称为高通量动态BH3分析(HT-DBP)，是Dana-Farber研究人员创建的一项测试的放大版本，该测试用于衡量肿瘤细胞在用癌症药物治疗后到死亡的距离。在这种情况下，死亡被定义为凋亡-细胞响应DNA损伤和许多癌症疗法而启动的自我破坏机制。
当将许多化学疗法应用于癌细胞时，它们会改变线粒体的致死和抗死亡分子的平衡，这种结构最著名的是为细胞提供能量。一旦促死分子的活性超过了抗死分子的活性，线粒体就会释放有毒物质，从而破坏癌细胞。为了确定细胞与凋亡边缘的距离，科学家称其为“细胞凋亡引发”。研究人员在线粒体中添加了致死蛋白片段，并直接测量了有毒蛋白的释放。这些段称为BH3域，因此被称为“动态BH3配置文件”或DBP。
当将一种药物放到患者的癌细胞上时，DBP会指示该药物是否充分启用了促死亡程序。在使用特定药物治疗后，显示其凋亡引发能力显着增加的肿瘤细胞可能在实验室以及患者中对该药物产生反应。
第一个版本的DBP的优点之一是它可以快速产生结果-在许多情况下不到一天。但是它一次只能筛选10-20种药物的能力受到了限制-考虑到目前可用于治疗多种癌症的多种药物，这是一个很大的限制。Dana-Farber研究人员与麻省理工学院和哈佛大学博德研究所以及哈佛医学院系统药理学实验室的同事一起，使DBP小型化和自动化，从而可以筛选成百上千种药物，从而建立了高通量(HT)的药物模型。技术。
体外培养24小时后，来自原发切除的人类结肠肿瘤的结肠癌细胞图像。在成像之前，将细胞置于高通量动态BH3谱图下，该谱图测量了短暂暴露于药物24小时后凋亡信号的诱导情况。核标记为Hoechst 33342(蓝色)，人EpCam Alexa Fluor 488(绿色)和细胞色素c Alexa Fluor 647(红色)。图片来源：Patrick Bhola和Anthony Letai
容量的增加意味着研究人员可以在患者或小鼠肿瘤细胞中进行“无偏见”的筛查药物，这种筛查不受任何先入为主的观念的影响，这些先入为主的药物可能发挥最佳作用，因此是完全客观的。
HT-DBP既可以用作科学工具，也可以作为使患者与最能治愈癌症的药物快速匹配的手段。在《科学信号》研究中，研究人员使用HT-DBP从小鼠的乳腺癌组织新鲜样品中筛选出1,650种药物。他们选择了六种药物(其中三种在DBP中显示出活性，三种没有显示出这种活性)在小鼠中进行测试。他们发现被标记为活动的三只动物使动物的肿瘤缩小或延迟了肿瘤的生长。相比之下，对DBP无活性迹象的三个对肿瘤没有明显的作用。研究人员还在大肠癌的小鼠头像上进行了类似的筛选，并确定了一种可延缓一种小鼠模型中肿瘤生长的药物组合。
研究人员说，这些结果表明对新鲜分离的肿瘤组织进行直接功能药物测试的优势。Dana-Farber的Anthony Letai医学博士说：“肿瘤组织的实验室标本被广泛用于提取有关肿瘤分子组成的信息-DNA，RNA，蛋白质和其他细胞成分。”高级作者。“虽然这些研究对癌症治疗产生了重大影响，但它们提供了肿瘤细胞的静态图片，而不是我们需要了解肿瘤细胞如何与药物相互作用的功能信息。我们的方法包括将活癌细胞放入与毒品接触以评估其潜力。”
研究人员还探讨了在培养条件下长期生长的肿瘤细胞是否与新鲜细胞不同，它们对特定癌症药物的敏感性也不同。为了评估扩展培养对肿瘤细胞的影响，研究人员对小鼠乳腺癌组织中新鲜收集的肿瘤细胞以及实验室中生长了一个月的动物肿瘤细胞进行了HT-DBP。他们发现，虽然在扩展培养过程中保留了一些药物漏洞，但其他漏洞却是人为地丢失或获得的。重要的是，在扩展培养过程中失去的药物易感性能够延缓小鼠的肿瘤生长，而在扩展培养过程中获得的易感性对肿瘤没有影响。
该技术应用于患者组织后，可用于个性化治疗并改善治疗方法从长凳到床边的转换。Letai说：“有了HT-DBP，就可以在刚刚从患者身上取出的肿瘤样本上筛选该药物。” “通过使用对体内组织具有更高保真度的组织样本，该技术可以更准确地表示药物遇到肿瘤时的实际情况。”
为了评估其在定制治疗中的潜力，研究人员对直接从患者身上切除的结肠癌进行了HT-DBP，而不是首先在实验室中培养或在小鼠中建模的那些。该测试确定了几种增加人类结肠癌细胞凋亡信号的因子，使其成为潜在的癌症治疗候选药物。
研究人员说，该技术可用于临床试验中，以确定最有可能从研究疗法中受益的患者。它也可以在实验室中用于深入了解癌细胞的分子工作原理。如果HT-DBP揭示了靶向特定信号通路的药物将一组肿瘤细胞推向凋亡，则表明该细胞的生长和存活依赖于该途径。
