Các nhà khoa học đã thiết kế một thiết bị có thể phát hiện những thay đổi cực nhỏ trong khối lượng tế bào và có thể cho phép các nhà nghiên cứu dự đoán các tế bào ung thư sẽ phản ứng thế nào với việc điều trị bằng thuốc. Các tác giả nghiên cứu tin rằng một thiết bị như vậy có khả năng giúp các bác sĩ lâm sàng xác định phác đồ điều trị cá nhân hóa cho từng bệnh nhân.

Sử dụng các tế bào ung thư từ bệnh nhân và chuột, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng thiết bị đo lường sự thay đổi về khối lượng của các tế bào đơn lẻ, dự đoán chính xác liệu các tế bào có nhạy cảm hay kháng một loại thuốc cụ thể hay không.

Nhóm nghiên cứu, đứng đầu là tiến sĩ Scott Manalis của Viện Công nghệ Massachusetts, và David Weinstock, MD, và Keith Ligon, MD, của Viện Ung thư Dana-Farber, cũng đã chứng minh rằng thiết bị này có thể được sử dụng để điều trị nhanh chóng. kiểm tra tác dụng của một số loại thuốc khác nhau đối với các tế bào ung thư được lấy trực tiếp từ bệnh nhân.

Các tác giả nghiên cứu viết: Mặc dù nghiên cứu chứng minh khả năng của thiết bị, nhưng vẫn cần “khối lượng công việc đáng kể” để xác định xem nó có khả năng hướng dẫn lựa chọn phương pháp điều trị ung thư được cá nhân hóa trong phòng khám hay không.

Kết quả của nghiên cứu, được tài trợ một phần bởi chương trình Công nghệ phân tích phân tử sáng tạo (IMAT) của NCI, đã xuất hiện trên tạp chí Nature Biotechnology vào ngày 10 tháng 10.

Đo khối lượng đơn bào

Điều trị ung thư đang chuyển từ phương pháp tiếp cận “một kích cỡ phù hợp với tất cả” sang phương pháp tiếp cận y học chính xác, trong đó liệu pháp được lựa chọn cho từng bệnh nhân dựa trên một phần cấu trúc di truyền và phân tử của bệnh ung thư của bệnh nhân.

Trong một số trường hợp, sự hiện diện của các đột biến gen cụ thể trong khối u có thể giúp dự đoán liệu bệnh nhân có khả năng đáp ứng với điều trị bằng một liệu pháp cụ thể hay không. Một số nhà nghiên cứu đang cố gắng xác định chính xác những đột biến gen này đối với các loại ung thư khác nhau và phát triển các xét nghiệm có thể xác định chúng một cách đáng tin cậy. Tiến sĩ Manalis cho biết: “Nhưng đối với hơn 90% bệnh nhân, bệnh ung thư của họ không có đột biến cho thấy [một loại thuốc hiệu quả]”.

Ông giải thích, một cách tiếp cận khác để hướng dẫn điều trị cá nhân hóa là thu thập các tế bào ung thư sống lấy từ bệnh nhân và đo lường phản ứng sinh học của họ đối với các liệu pháp khả thi khác nhau. Ông tiếp tục, kiến thức về cách các tế bào ung thư của bệnh nhân phản ứng với việc điều trị bằng thuốc trong phòng thí nghiệm, có thể cung cấp thông tin tốt hơn cho việc lựa chọn phương pháp điều trị.

Trong hơn một thập kỷ, nhóm của Tiến sĩ Manalis tại MIT đã phát triển một thiết bị giúp thực hiện điều đó. Thiết bị, được gọi là bộ cộng hưởng vi kênh lơ lửng (SMR), chứa một loạt các công cụ đúc hẫng dao động với các kênh rỗng để chất lỏng và tế bào chảy qua. Tony Dickherber, Ph.D., giám đốc chương trình IMAT, cho biết cấu trúc công xôn, tương tự như ván lặn, “được sử dụng trong tất cả các loại công nghệ và như một thành phần xây dựng.

Tiến sĩ Dickherber giải thích, bên trong SMR, khối lượng của một tế bào di chuyển qua một kênh ảnh hưởng đến tốc độ dao động của công xôn. Từ tốc độ này, khối lượng của mỗi ô riêng lẻ có thể được tính bằng femtogram—một đơn vị khối lượng nhỏ hơn một triệu triệu lần so với gam (một chiếc kẹp giấy có khối lượng khoảng 1 gam).

Khi mỗi tế bào đi qua thiết bị nhiều lần, sự thay đổi về khối lượng của nó trong khoảng thời gian vài phút (được gọi là tốc độ tích lũy khối lượng hoặc MAR) cũng được tính toán.

Tiến sĩ Manalis cho biết: “Các tế bào liên tục tiếp nhận và tiết ra rất nhiều thứ khác nhau. Ông tiếp tục: “Sự khác biệt giữa tổng lượng hấp thu và tổng lượng bài tiết là tốc độ tích lũy khối lượng, đây có thể là dấu hiệu cho thấy sự phát triển của tế bào.

Công trình trước đó do nhóm của Tiến sĩ Manalis thực hiện đã chứng minh rằng hầu hết các tế bào đang phát triển đều có MAR dương tính và MAR của hầu hết các tế bào sắp chết gần bằng 0 hoặc trong một số trường hợp là âm tính. Đối với nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu muốn xác định xem việc đo MAR sau khi điều trị ung thư có thể dự đoán nhanh chóng và chính xác sự chết hoặc tăng trưởng của tế bào ung thư hay không.

Dự đoán phản ứng của tế bào ung thư

Đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã thiết kế một dòng tế bào chuột nhạy cảm hoặc kháng thuốc nhắm mục tiêu imatinib (Gleevec ®). Sau đó, họ xử lý các tế bào bằng imatinib và đo MAR. Họ phát hiện ra rằng SMR đã dự đoán chính xác các phản ứng dự kiến: So với các tế bào không được điều trị, các tế bào nhạy cảm với imatinib có MAR gần bằng 0 trong khi MAR của các tế bào kháng imatinib không thay đổi.

Tương tự như vậy, họ đã thấy kết quả tương tự trong các thử nghiệm của thiết bị bằng cách sử dụng các dòng tế bào u nguyên bào thần kinh đệm khác nhau được biết là nhạy cảm hoặc kháng với liệu pháp nhắm mục tiêu thử nghiệm. Kết quả cũng phù hợp với kết quả của một thử nghiệm chết tế bào truyền thống cho thấy liệu các tế bào có bị giết bởi phương pháp điều trị hay không.

Thiết bị này cũng dự đoán chính xác các phản ứng bằng cách sử dụng các tế bào từ những con chuột được thiết kế để mắc bệnh bạch cầu nhạy cảm hoặc kháng với imatinib và thậm chí còn hoạt động khi chúng chỉ sử dụng một vài tế bào ung thư bạch cầu thu được từ một giọt máu. Đây là một đặc điểm quan trọng, các tác giả nghiên cứu đã viết, bởi vì thông thường chỉ có một số lượng tế bào ung thư hạn chế có sẵn từ sinh thiết bệnh nhân.

Cuối cùng, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm thiết bị này bằng cách sử dụng các mẫu lâm sàng từ bệnh nhân. Họ phát hiện ra rằng họ có thể nhanh chóng đo MAR của các tế bào bệnh bạch cầu dòng tủy cấp tính (AML) được lấy trực tiếp từ bệnh nhân và sau đó được điều trị bằng một số loại thuốc trong phòng thí nghiệm. Họ cũng sử dụng SMR để phát hiện những thay đổi trong MAR của các tế bào ung thư bạch cầu trước và sau khi bệnh nhân được điều trị.

Thuận lợi và Thách thức

Trong suốt các thí nghiệm của họ, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng MAR của các tế bào riêng lẻ từ cùng một khối u rất khác nhau, theo họ, điều này phản ánh tính không đồng nhất của khối u – sự đa dạng trong cấu trúc phân tử và hành vi của các tế bào ung thư trong khối u.

Tiến sĩ Manalis cho biết, các xét nghiệm khác về độ nhạy cảm với thuốc thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm đo tốc độ tăng trưởng hoặc tỷ lệ chết trung bình của một nhóm tế bào, nhưng mức trung bình đó có thể không đại diện cho hành vi thực sự của toàn bộ quần thể tế bào. Tính không đồng nhất của khối u có liên quan đến tình trạng kháng thuốc, do đó, việc có thể đo lường tính không đồng nhất đó trong các xét nghiệm trong phòng thí nghiệm có khả năng tạo ra những dự đoán chính xác hơn về phản ứng của khối u.

Tiến sĩ Dickherber cho biết, thiết bị này có thể khắc phục những thiếu sót khác của các xét nghiệm độ nhạy cảm với thuốc hiện có ở chỗ SMR có thể đưa ra kết quả nhanh chóng và chính xác bằng cách sử dụng một số lượng nhỏ tế bào. Tiến sĩ Manalis cho biết, thời gian ngắn này là một lợi thế lớn, đặc biệt là khi xét nghiệm các tế bào được lấy từ bệnh nhân vì “bạn có thể đo chúng càng sớm thì các tế bào càng gần với trạng thái ban đầu của chúng.”

Nhưng cũng có những hạn chế đối với thiết bị mới, Tiến sĩ Dickherber cảnh báo.

Ví dụ, quy trình nuôi cấy tế bào cần thiết để xử lý tế bào của bệnh nhân trước khi chúng được phân tích bằng SMR có thể tạo ra những thay đổi sinh học không tự nhiên có thể làm sai lệch kết quả. Và các nhà nghiên cứu vẫn chưa biết liệu họ có thể sử dụng thiết bị này để kiểm tra các tế bào từ những bệnh nhân có khối u rắn hay không vì các tế bào này có thể bị tổn thương khi chúng đang được chuẩn bị cho SMR.

Tiến sĩ Manalis tin rằng một “khả năng hữu ích” khác của thiết bị của họ là các tế bào được thử nghiệm với SMR vẫn có thể được sử dụng cho các phân tích bổ sung, bao gồm cả giải trình tự. Ví dụ: Tiến sĩ Manalis và nhóm của ông đang thực hiện các phép đo biểu hiện gen đơn bào sau khi họ thu được các phép đo MAR để hiểu rõ hơn điều gì khiến một số tế bào phản ứng và những tế bào khác kháng lại cùng một phương pháp điều trị bằng thuốc.