Les cellules cancéreuses circulantes.

L’ASCO 2018 a également confirmé l’extraordinaire potentiel que représente la détection précoce des cancers par recherche d’ADN tumoral circulant. L’une des études présentée à ce sujet montre qu’à partir de l’analyse sanguine de plus de 1 700 participants, il a été possible d’identifier 127 personnes atteintes d'un cancer du poumon de stade I à IV, avec un faible taux de résultats faussement positifs (un faux positif se produit lorsque le test suggère qu'une personne a un cancer alors qu'elle n'en a pas). Selon le Professeur David Graham, oncologue au Carolinas Medical Center et expert de l'ASCO, « La détection précoce d’une variété de plus en plus grande de cancers grâce à la méthode de la recherche de l’ADN tumoral circulant dans le sang va révolutionner la cancérologie dans les années à venir, en démultipliant l’efficacité des traitements ».

Tumor cells circulating throughout the body in blood vessels have long been feared as harbingers of metastasizing cancer -- even though most free-floating cancer cells will not go on to establish a new tumor.

But if these cast-offs could be accurately counted, they could provide an additional way to track treatment or screen for the disease.

New research by University of Wisconsin-Madison Professor of Pharmacy Seungpyo Hong and his collaborators builds on several years of work in isolating these circulating tumor cells, or CTCs, by demonstrating improved methods for their capture on clinical samples for the first time. By forcing cancer cells to slow down and developing stronger molecular traps specific to CTCs, researchers were able to identify large numbers of the cells in cancer patients undergoing radiation therapy.

The number of CTCs dropped during therapy and subsequently rebounded in those patients that ended up requiring additional treatment -- suggesting that this technology could supplement other techniques for tracking the progress of treatment.

Hong and his collaborator Andrew Wang of the University of North Carolina School of Medicine started the company Capio Biosciences in 2015 to commercialize the technology, which they term CapioCyte.

The study is published March 15 in the journal Clinical Cancer Research. In addition to the Hong and Wang groups, collaborators from the University of Illinois at Chicago, Duke University and South Korea's Yonsei University contributed to the work, which was funded in part by the National Institutes of Health and the National Science Foundation.

Scientists have recognized CTCs as potentially useful metrics for tracking a patient's disease for some time. But the cells are the proverbial needle-in-a-haystack, drowned out by billions of ordinary red blood cells and other cells found in the blood. Developing ways to specifically concentrate and trap CTCs has been technically challenging, with existing technologies only identifying a handful of cells from certain patients.

Hong's team was inspired by the behavior of CTCs in the blood, which attach themselves to blood vessel walls and begin tumbling along looking for suitable places to invade. This behavior separates them from the oxygen-carrying cells floating by and is mimicked in the CapioCyte technology using an array of sticky proteins that force the CTCs to begin rolling, which slows them down.

The cells are then trapped using a series of three cancer-specific antibodies, proteins that tightly bind and hold onto the CTCs. To make the connection even stronger, the researchers developed a nanoscale structure shaped a little like a tree, with each branch tipped with an antibody. As a cancer cell passes nearby, many individual branches can latch on, increasing the strength of the attachment.

The cell rolling and multi-tipped branches helped the researchers capture an average of 200 CTCs from each milliliter of a patient's blood, many times the number of cells captured with previous technology. They identified cancer cells in each of 24 patients undergoing treatment for head-and-neck, prostate, rectal or cervical cancer that enrolled in the study.

"The absolute numbers of CTCs don't represent too much because there's too much variation individually, but the more important thing we found was the trend -- how the CTC numbers change over time upon treatment. So, for example, we've shown that the CTCs go down when the patients are responding really well to the radiotherapy," says Hong.

Although the number of cells did not correlate with the stage, and thus severity, of the cancer, the reduction in cells was correlated with successful radiation therapy. In two of the three patients that had recurring or persistent disease, CTC numbers came back up.

"Our data suggest that we have a good chance of making CTCs a predictive biomarker or biomarker for surveillance for at least a few cancers, and that's always exciting," says Wang.

"What makes us excited in particular is we can see the direct impact," says Hong. "As a researcher, if you develop a new technology and it can directly help people, that's going to be the most rewarding experience -- it's really exciting."

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Les cellules tumorales circulant dans tout le corps dans les vaisseaux sanguins ont longtemps été considérées comme les signes avant-coureurs d'un cancer métastasant - même si la plupart des cellules cancéreuses flottantes ne vont pas établir une nouvelle tumeur.

Mais si ces rejets peuvent être comptés avec précision, ils pourraient fournir un moyen supplémentaire de suivre le traitement ou le dépistage de la maladie.

Seungpyo Hong, professeur de pharmacie à l'Université du Wisconsin-Madison, et ses collaborateurs s'appuient sur plusieurs années de travail pour isoler ces cellules tumorales circulantes (CTC) en démontrant pour la première fois des méthodes améliorées pour leur capture sur des échantillons cliniques. En forçant les cellules cancéreuses à ralentir et à développer des pièges moléculaires plus puissants spécifiques aux CTC, les chercheurs ont pu identifier un grand nombre de cellules chez des patients cancéreux sous radiothérapie.

Le nombre de CTC a chuté pendant le traitement et a ensuite rebondi chez les patients qui ont fini par nécessiter un traitement supplémentaire, suggérant que cette technologie pourrait compléter d'autres techniques pour suivre la progression du traitement.

Hong et son collaborateur Andrew Wang de l'école de médecine de l'Université de Caroline du Nord ont lancé la société Capio Biosciences en 2015 pour commercialiser la technologie, qu'ils appellent CapioCyte.

L'étude est publiée le 15 mars dans la revue Clinical Cancer Research. En plus des groupes Hong et Wang, des collaborateurs de l'Université de l'Illinois à Chicago, de l'Université Duke et de l'Université Yonsei de Corée du Sud ont contribué au travail, financé en partie par les National Institutes of Health et la National Science Foundation.

Les scientifiques ont reconnu les CTC comme des indicateurs potentiellement utiles pour suivre la maladie d'un patient pendant un certain temps. Mais les cellules sont l'aiguille-dans-une-meule proverbiale, noyée par des milliards de globules rouges ordinaires et d'autres cellules trouvées dans le sang. Développer des moyens de concentrer et de piéger spécifiquement les CTC a été techniquement difficile, les technologies existantes n'identifiant qu'une poignée de cellules de certains patients.

L'équipe de Hong a été inspirée par le comportement des CTC dans le sang, qui s'attachent aux parois des vaisseaux sanguins et commencent à dévaler à la recherche d'endroits propices à l'invasion. Ce comportement les sépare des cellules transportant l'oxygène qui flottent et sont imitées dans la technologie CapioCyte en utilisant un ensemble de protéines collantes qui forcent les CTC à commencer à rouler, ce qui les ralentit.

Les cellules sont ensuite piégées à l'aide d'une série de trois anticorps spécifiques du cancer, des protéines qui se lient étroitement et retiennent les CTC. Pour rendre la connexion encore plus forte, les chercheurs ont développé une structure à l'échelle nanométrique en forme un peu comme un arbre, avec chaque branche inclinée avec un anticorps. Comme une cellule cancéreuse passe à proximité, de nombreuses branches individuelles peuvent s'accrocher, augmentant la force de l'attachement.

Les branches roulantes et multi-pointes ont aidé les chercheurs à capturer en moyenne 200 CTC de chaque millilitre de sang d'un patient, soit plusieurs fois le nombre de cellules capturées avec la technologie précédente. Ils ont identifié des cellules cancéreuses dans chacun des 24 patients traités pour un cancer de la tête, du cou, de la prostate, du rectum ou du col de l'utérus.

«Le nombre absolu de CTC ne représente pas trop, car il y a trop de variations individuelles, mais la chose la plus importante que nous avons trouvée était la tendance - comment les nombres de CTC changent avec le temps au traitement. Ainsi, par exemple, nous avons montré que les CTC diminuent quand les patients réagissent vraiment bien à la radiothérapie », explique Hong.

Bien que le nombre de cellules ne soit pas corrélé avec le stade, et donc la gravité, du cancer, la réduction des cellules a été corrélée avec une radiothérapie réussie. Chez deux des trois patients ayant une maladie récidivante ou persistante, les nombres de CTC sont remontés.

"Nos données suggèrent que nous avons une bonne chance de faire des CTC un biomarqueur prédictif ou un biomarqueur pour la surveillance d'au moins quelques cancers, et c'est toujours excitant", dit Wang.

"Ce qui nous rend particulièrement excités, c'est que nous pouvons voir l'impact direct", explique Hong. "En tant que chercheur, si vous développez une nouvelle technologie et que vous pouvez directement aider les gens, cela va être l'expérience la plus enrichissante - c'est vraiment excitant."

A research team at the University of California, Riverside has discovered a way for chemotherapy drug paclitaxel to target migrating, or circulating, cancer cells, which are responsible for the development of tumor metastases.

Until now, paclitaxel has only been used to target rapidly dividing cancer cells. The team was successful in getting the drug to piggyback on 123B9, an agent they devised to target an oncogene called EphA2 (ephrin type-A receptor 2). EphA2 spreads cancer by allowing malignant cells to migrate from the primary tumor into circulation and eventually to adhere to other tissues.

"Once this novel tumor-homing agent binds to the EphA2 receptor, the oncogene functions as a cancer-specific molecular Trojan horse for paclitaxel, carrying the drug inside the cancel cell, killing the cell, and thwarting metastasis," said Maurizio Pellecchia, a professor of biomedical sciences at UCR's School of Medicine who led the research. "Without the targeting agent, paclitaxel cannot hitch a ride on EphA2."

Study results appear in the Journal of Medicinal Chemistry.

Tumor metastasis is a leading cause of patient morbidity and mortality, and no treatments are currently available that specifically target metastasis formation. Cancer cells depend on a number of oncogenes, like EphA2, to form metastasis, the medical term for cancer spreading from the primary site to other regions in the body, accomplished when cancer cells break away from the primary site, travel through the blood or lymph system, and form new tumors elsewhere in the body.

Pellecchia and his colleagues found that when 123B9 binds to the extracellular region of the EphA2 receptor expressed in cancer cells, it causes the oncogene to internalize and degrade inside the cell, thus preventing cancer cells from entering circulation and metastasizing.

"Because this binding causes EphA2 internalization, we also sought to conjugate 123B9 with paclitaxel and thus direct the drug to migrating cancer cells," said Pellecchia, who holds the Daniel Hays Chair in Cancer Research at UCR.

Recent collaborative work between UCR and Cedars-Sinai Medical Center in Los Angeles demonstrated that in animal models of human breast cancer, mice treated with 123B9 that was conjugated with paclitaxel had significantly fewer circulating cancer cells in the blood compared to mice that were not treated or even treated with paclitaxel alone.

"Our work predicts that reducing the number of circulating cancer cells produces less metastasis," Pellecchia said. "Indeed, in a second tumor model of metastatic breast cancer, we demonstrated that mice treated with the EphA2-targeting paclitaxel conjugate presented nearly no lung metastases, while a large numbers of lesions were observed in both untreated mice and in mice treated with just paclitaxel."

Pellecchia said the road to a therapeutic for human trials is still long and includes the iterative design and synthesis of more potent and selective agents.

"Nonetheless, the proof of concept studies we have obtained thus far are extremely encouraging, and we are confident that with proper support and efforts we could translate our findings into experimental therapeutics for a variety of solid tumors that are driven by EphA2 overexpression, including breast, lung, prostate, pancreatic, and ovarian cancers," said Pellecchia, who serves as the founding director of the Center for Molecular and Translational Medicine at UCR.

He noted that while these studies solidify UCR's partnership with Cedars-Sinai Medical Center, the research team moving forward is expanding. Already, it includes UCR's Jikui Song, an assistant professor of biochemistry, and Dr. Samar Nahas, an assistant clinical professor of gynecology and oncology in the School of Medicine.


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Une équipe de recherche de l'Université de Californie à Riverside a découvert un moyen pour le médicament de chimiothérapie paclitaxel de cibler les cellules cancéreuses migrantes, ou circulantes, qui sont responsables du développement des métastases tumorales.

Jusqu'à présent, le paclitaxel n'a été utilisé que pour cibler les cellules cancéreuses à division rapide. L'équipe a réussi à faire passer le médicament sur 123B9, un agent qu'ils ont conçu pour cibler un oncogène appelé EphA2 (éphrine de type A, récepteur 2). EphA2 propage le cancer en permettant aux cellules malignes de migrer de la tumeur primaire vers la circulation et éventuellement d'adhérer à d'autres tissus.

"Une fois que ce nouvel agent de fixation tumorale se lie au récepteur EphA2, l'oncogène agit comme un cheval de Troie moléculaire spécifique au cancer pour le paclitaxel, transportant le médicament dans la cellule cancéreuse, détruisant la cellule et contrecarrant les métastases", a déclaré Maurizio Pellecchia. professeur de sciences biomédicales à l'École de médecine UCR qui a dirigé la recherche. "Sans l'agent de ciblage, le paclitaxel ne peut pas faire de stop sur EphA2."

Les résultats de l'étude apparaissent dans le Journal of Medicinal Chemistry.

Les métastases tumorales sont une cause majeure de morbidité et de mortalité des patients, et aucun traitement n'est actuellement disponible pour cibler spécifiquement la formation de métastases. Les cellules cancéreuses dépendent d'un certain nombre d'oncogènes, comme EphA2, pour former des métastases, terme médical désignant le cancer se propageant du site primaire vers d'autres régions du corps, lorsque les cellules cancéreuses se détachent du site primaire, voyagent dans le sang ou la lymphe système, et former de nouvelles tumeurs ailleurs dans le corps.

Pellecchia et ses collègues ont constaté que lorsque 123B9 se lie à la région extracellulaire du récepteur EphA2 exprimée dans les cellules cancéreuses, il provoque l'internalisation et la dégradation de l'oncogène à l'intérieur de la cellule, empêchant ainsi les cellules cancéreuses d'entrer en circulation et de métastaser.

"Parce que cette liaison provoque l'internalisation de EphA2, nous avons également cherché à conjuguer 123B9 avec le paclitaxel et ainsi diriger le médicament vers les cellules cancéreuses migrantes", a déclaré Pellecchia, titulaire de la Chaire Daniel Hays en recherche sur le cancer à UCR.

Un récent travail de collaboration entre UCR et Cedars-Sinai Medical Center à Los Angeles a démontré que dans des modèles animaux de cancer du sein humain, les souris traitées avec du 123B9 conjugué au paclitaxel présentaient significativement moins de cellules cancéreuses circulantes dans le sang que les souris non traitées ou même traité avec du paclitaxel seul.

"Notre travail prédit que la réduction du nombre de cellules cancéreuses circulantes produit moins de métastases", a déclaré Pellecchia. En effet, dans un deuxième modèle tumoral métastatique, nous avons démontré que les souris traitées avec le conjugué EphA2-paclitaxel ne présentaient quasiment aucune métastase pulmonaire, alors qu'un grand nombre de lésions étaient observées chez des souris non traitées et chez des souris traitées par paclitaxel. "

Pellecchia a indiqué que la route vers un essai thérapeutique pour des essais humains est encore longue et inclut la conception itérative et la synthèse d'agents plus puissants et sélectifs.

«Néanmoins, les études de preuve de concept que nous avons obtenues jusqu'à présent sont extrêmement encourageantes et nous sommes convaincus qu'avec un soutien et des efforts appropriés, nous pourrions traduire nos découvertes en thérapeutiques expérimentales pour une variété de tumeurs solides entraînées par la surexpression d'EphA2. cancer du , de la , du et de l' », a déclaré M. Pellecchia, directeur fondateur du Centre de médecine moléculaire et translationnelle de l'UCR.

Il a noté que bien que ces études consolident le partenariat d'UCR avec Cedars-Sinai Medical Center, l'équipe de recherche va de l'avant. Déjà, il comprend Jikui Song, UCR, un professeur adjoint de biochimie, et le Dr Samar Nahas, un professeur clinique adjoint de gynécologie et d'oncologie à l'École de médecine.

A new article in the February 2018 issue of SLAS Technology describes a new platform that could change the way cancer is diagnosed and treated by automating the isolation of circulating tumor cells (CTCs) directly from cancer patient blood. Entitled Fast and Label-Free Isolation of Circulating Tumor Cells from Blood: From a Research Microfluidic Platform to an Automated Fluidic Instrument, VTX-1 Liquid Biopsy System, this article provides unique insight into the development of a commercial system that has the potential to change the standard of care in cancer diagnosis and treatment.

CTCs can be isolated from a simple blood draw and may be representative of the diverse cancer patient biology because tumor cells are circulating in the blood stream from multiple tumor sites. The VTX-1 Liquid Biopsy System was designed to automate the isolation of clinically relevant CTC populations, making the CTCs available for easy analysis by a variety of techniques. In this publication, the transition from a cutting-edge microfluidic innovation in the research setting to a commercial, automated system for isolating CTCs directly from whole blood is outlined.

A number of improvements are reviewed as the technology transitioned into a commercial product. These improvements include better material for the microfluidic fabrication, automating the fluid processing in the chip, and the optimization of isolation protocols. The commercial VTX-1 Liquid Biopsy System is shown to recover spiked breast and lung cancer cell lines at a rate of 69% and 79.5% respectively while achieving a purity as low as <100 white blood cells per mL of blood processed.

To show the utility of the platform for cancer research, several downstream applications are demonstrated on the CTCs isolated by the VTX-1. Clonogenic and cell invasion assays demonstrate that the cells isolated by the VTX-1 are intact and undisturbed by the processing, resulting in direct access to the cell's cancer biology. To demonstrate that the VTX-1 can also process mouse samples, CTCs are isolated from two patient-derived orthotopic xenograft mouse models.

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Un nouvel article dans le numéro de février 2018 de SLAS Technology décrit une nouvelle plateforme qui pourrait changer la façon dont le cancer est diagnostiqué et traité en automatisant l'isolement des cellules tumorales circulantes (CTC) directement à partir du sang du patient cancéreux. Intitulée Isolement rapide et sans étiquette des cellules tumorales circulantes du sang: d'une plate-forme de recherche microfluidique à un instrument fluidique automatisé, système de biopsie liquide VTX-1, cet article fournit un aperçu unique du développement d'un système commercial qui a le potentiel de changer la norme de soins dans le diagnostic et le traitement du cancer.

Les CTC peuvent être isolés à partir d'une simple prise de sang et peuvent être représentatifs de la biologie diversifiée des patients cancéreux car les cellules tumorales circulent dans le flux sanguin à partir de plusieurs sites tumoraux. Le système de biopsie liquide VTX-1 a été conçu pour automatiser l'isolement de populations de CTC pertinentes sur le plan clinique, rendant les CTC disponibles pour une analyse facile par diverses techniques. Dans cette publication, la transition d'une innovation microfluidique de pointe dans le cadre de la recherche à un système automatisé commercial pour isoler les CTC directement à partir de sang total est décrite.

Un certain nombre d'améliorations ont été examinées à mesure que la technologie évoluait vers un produit commercial. Ces améliorations comprennent un meilleur matériau pour la fabrication microfluidique, l'automatisation du traitement des fluides dans la puce, et l'optimisation des protocoles d'isolation. Le système commercial de biopsie liquide VTX-1 permet de récupérer des lignées cellulaires de cancer du et du à 69% et 79,5% respectivement, tout en atteignant une pureté inférieure à 100 globules blancs par ml de sang traité.

Pour montrer l'utilité de la plateforme pour la recherche sur le cancer, plusieurs applications en aval sont démontrées sur les CTC isolées par le VTX-1. Les tests d'invasion clonogénique et cellulaire démontrent que les cellules isolées par le VTX-1 sont intactes et non perturbées par le traitement, ce qui entraîne un accès direct à la biologie du cancer de la cellule. Pour démontrer que le VTX-1 peut également traiter des échantillons de souris, des CTC sont isolés à partir de deux modèles murins de xénogreffe orthotopique dérivés de patients.

A new blood stabilization method, developed at the Massachusetts General Hospital Center for Engineering in Medicine (MGH-CEM), significantly prolongs the lifespan of blood samples for microfluidic sorting and transcriptome profiling of rare circulating tumor cells (CTCs), living cancer cells carried in the bloodstream. This work, which overcomes a significant barrier to the translation of liquid biopsy technologies for precision oncology and other applications, was recently published in Nature Communications.

The only FDA-approved blood stabilization method for CTC assays is chemical fixation, which kills the cells and heavily degrades sensitive biomolecules, especially RNA. "Chemically fixing the cells defeats the purpose of using them in clinically meaningful ways," says lead author Keith Wong, PhD, of the MGH-CEM. "We need to be able to study the transcriptome of tumor cells to understand, for example, whether the tumor is turning certain molecular pathways on or off in response to treatments. Better yet, we want to culture these cells for personalized drug testing, and to do that we need live cells."

When isolating these extremely fragile and rare cells from fresh, unprocessed blood, timing is everything. Even minor changes in the quality of a blood sample -- such as the breakdown of red cells, leukocyte activation or clot formation -- greatly affect cell-sorting mechanisms and the quality of the biomolecules isolated for cancer detection. According to published studies, important factors such as the total number of CTCs in a sample and the number with high-quality RNA decrease by around 50 percent within the first four to five hours after the sample is taken.

Wong explains, "At Mass. General, we have the luxury of being so integrated with the clinical team that we can process blood specimens in the lab typically within an hour or two after they are drawn. But to make these liquid biopsy technologies routine lab tests for the rest of the world, we need ways to keep blood alive for much longer than several hours, since these assays are best performed in central laboratories for reasons of cost effectiveness and reproducibility."

The MGH team took a comprehensive approach that aims to preserve blood in its native state with minimal alterations. Co-lead author Shannon Tessier, PhD, of the MGH-CEM says, "We wanted to slow down the biological clock as much as possible by using hypothermia, but that is not as simple as it sounds. Low temperature is a powerful means to decrease metabolism, but a host of unwanted side effects occur at the same time. In some ways, these challenges are similar to those we face in organ preservation, where we have to optimize strategies for a very complex mix of cells."

To achieve these goals, the team first systematically analyzed the storage conditions that optimally preserve the viability of the diverse cell types in whole blood. The biggest challenge, it turned out, was platelet activation. Wong explains, "We are preserving the blood very well, including the coagulation function of platelets. But unfortunately, cooling causes profound activation of platelets. Now we need a targeted approach for platelets so they don't form nasty clots in the microfluidic blood sorting device."

The team then analyzed a variety of antiplatelet agents and found that glycoprotein IIb/IIIa inhibitors, which are frequently used in cardiovascular medicine, were extremely effective in countering cooling-induced platelet aggregation. The team reports that using these strategies -- in addition to a brief ion chelation treatment, which removes the activated, sticky platelets from leukocytes -- allows whole blood preserved for three days to be processed as if it were freshly drawn, with very high purity and virtually no loss in the number of CTCs.

Tessier says, "The critical achievement here is that the isolated tumor cells contain high-quality RNA that is suitable for demanding molecular assays, such as single-cell qPCR, droplet digital PCR and RNA sequencing."

Using blood specimens from a group of 10 patients with metastatic prostate cancer, the team compared the use of preserved blood against paired fresh samples from the same patients for CTC analysis. Overall, there was 92 percent agreement in the detection of 12 cancer-specific gene transcripts between the fresh and the preserved samples, and there was 100 percent agreement in the detection of a transcript called AR-V7. Recently published studies report that the presence of AR-V7 mRNA in prostate cancer CTCs predicts resistance to androgen receptor inhibitors, indicating that chemotherapy may be a better option for such patients.

"The ability to preserve the blood for several days and still be able to pick up this clinically relevant biomarker is remarkable," says co-author David Miyamoto, MD, PhD, MGH Cancer Center. "This is very exciting for clinicians, because AR-V7 mRNA can only be detected using CTCs and not with circulating tumor DNA or other cell-free assays."

The team highlights the universal nature of this stabilization approach by pointing to its compatibility with the highly demanding microfluidic CTC-iChip device, which isolates tumor cells by rapid removal of blood cells, implying the potential impact of this work extends beyond cancer detection. Wong says, "With exciting breakthroughs in immunotherapy, stem cell transplantation, and regenerative medicine -- in which peripheral blood is often the source of cells for functional assays or ex vivo expansion -- the ability to preserve live cells will greatly ease logistical timelines and reduce the cost of complex cell-based assays."

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Une nouvelle méthode de stabilisation sanguine, développée au Centre d'Ingénierie de Médecine du Massachusetts (MGH-CEM), prolonge significativement la durée de vie des échantillons sanguins pour le tri microfluidique et le profilage transcriptomique des cellules tumorales circulantes rares (CTC), cellules cancéreuses vivantes transportées la circulation sanguine. Ce travail, qui surmonte un obstacle important à la traduction des technologies de biopsie liquide pour l'oncologie de précision et d'autres applications, a été récemment publié dans Nature Communications.

La seule méthode de stabilisation du sang approuvée par la FDA pour les tests CTC est la fixation chimique, qui tue les cellules et dégrade fortement les biomolécules sensibles, en particulier l'ARN. «La fixation chimique des cellules va à l'encontre de l'objectif de les utiliser de manière cliniquement significative», déclare Keith Wong, Ph.D., auteur principal du MGH-CEM. «Nous devons être en mesure d'étudier le transcriptome des cellules tumorales pour comprendre, par exemple, si la tumeur active ou désactive certaines voies moléculaires en réponse aux traitements.Mieux encore, nous voulons cultiver ces cellules pour un dépistage personnalisé des médicaments, et pour ce faire, nous avons besoin de cellules vivantes. "

Lors de l'isolement de ces cellules extrêmement fragiles et rares à partir de sang frais, non traité, le chronométrage est tout. Même des changements mineurs dans la qualité d'un échantillon de sang - tels que la dégradation des globules rouges, l'activation des leucocytes ou la formation de caillots - affectent grandement les mécanismes de tri cellulaire et la qualité des biomolécules isolées pour la détection du cancer. Selon des études publiées, des facteurs importants tels que le nombre total de CTC dans un échantillon et le nombre d'ARN de haute qualité diminuent d'environ 50 pour cent dans les quatre à cinq premières heures après la prise de l'échantillon.

Wong explique: «Au Mass (l'hopital), nous avons le luxe d'être tellement intégré avec l'équipe clinique que nous pouvons traiter des échantillons de sang dans le laboratoire en général dans une heure ou deux après leur tirage. Mais pour faire ces technologies de biopsie liquide Pour les tests du reste du monde, nous avons besoin de moyens pour maintenir le sang vivant pendant plus de quelques heures, car ces tests sont mieux réalisés dans les laboratoires centraux pour des raisons de rentabilité et de reproductibilité.

L'équipe de MGH a adopté une approche globale qui vise à préserver le sang dans son état natif avec des modifications minimes. Selon Shannon Tessier, Ph.D., coauteur du MGH-CEM: «Nous voulions ralentir le plus possible l'horloge biologique en utilisant l'hypothermie, mais ce n'est pas aussi simple que ça en a l'air. En d'autres termes, ces défis sont similaires à ceux auxquels nous sommes confrontés dans la préservation des organes, où nous devons optimiser les stratégies pour un mélange très complexe de cellules. "

Pour atteindre ces objectifs, l'équipe a d'abord systématiquement analysé les conditions de stockage qui préservent de façon optimale la viabilité des divers types de cellules dans le sang total. Il s'est avéré que le plus gros défi était l'activation plaquettaire. Wong explique: «Nous préservons très bien le sang, y compris la fonction de coagulation des plaquettes, mais malheureusement, le refroidissement provoque une activation profonde des plaquettes.Nous avons maintenant besoin d'une approche ciblée pour les plaquettes afin qu'elles ne forment pas de caillots sanguins microfluidiques."

L'équipe a ensuite analysé une variété d'agents antiplaquettaires et a découvert que les inhibiteurs de la glycoprotéine IIb / IIIa, qui sont fréquemment utilisés en médecine cardiovasculaire, étaient extrêmement efficaces pour contrer l'agrégation plaquettaire induite par le refroidissement. L'équipe rapporte que l'utilisation de ces stratégies - en plus d'un bref traitement de chélation des ions, qui élimine les plaquettes activées et collantes des leucocytes - permet de garder le sang total pendant trois jours comme s'il était fraîchement prélevé, avec une très grande pureté et pratiquement aucune perte dans le nombre de CTC.

Tessier dit, "L'accomplissement critique ici est que les cellules tumorales isolées contiennent l'ARN de haute qualité qui convient aux dosages moléculaires exigeants, tels que le qPCR unicellulaire, la PCR numérique de gouttelette et le séquençage d'ARN."

En utilisant des échantillons de sang d'un groupe de 10 patients atteints d'un cancer de la métastatique, l'équipe a comparé l'utilisation de sang conservé avec des échantillons frais appariés provenant des mêmes patients pour l'analyse CTC. Dans l'ensemble, il y avait une concordance de 92% dans la détection de 12 transcrits de gènes spécifiques au cancer entre les échantillons frais et conservés, et il y avait 100% d'accord sur la détection d'un transcrit appelé AR-V7. Des études récemment publiées rapportent que la présence de l'ARNm AR-V7 dans les CTC du cancer de la prostate prédit une résistance aux inhibiteurs des récepteurs aux androgènes, ce qui indique que la chimiothérapie peut être une meilleure option pour ces patients.

«La capacité de conserver le sang pendant plusieurs jours tout en étant capable de détecter ce biomarqueur cliniquement pertinent est remarquable», a déclaré le co-auteur David Miyamoto, MD, Ph.D., MGH Cancer Center. "C'est très excitant pour les cliniciens, car l'ARNm AR-V7 peut seulement être détecté en utilisant les CTC et non avec l'ADN tumoral circulant.

»L'équipe souligne le caractère universel de cette approche de stabilisation en soulignant sa compatibilité avec le dispositif microfluidique CTC-iChip, très exigeant, qui isole les cellules tumorales en éliminant rapidement les cellules sanguines, ce qui implique l'impact potentiel de cette méthode. «Avec des percées passionnantes dans l'immunothérapie, la transplantation de cellules souches et la médecine régénérative - dans lesquelles le sang périphérique est souvent la source de cellules pour des tests fonctionnels ou une expansion ex vivo - la capacité de préserver des cellules vivantes facilitera considérablement les délais logistiques et réduira le coût des tests cellulaires complexes. "

A nanolaser known as the spaser can serve as a super-bright, water-soluble, biocompatible probe capable of finding metastasized cancer cells in the blood stream and then killing these cells, according to a new research study.

The study found the spaser can be used as an optical probe and when released into the body (possibly through an injection or drinking a solution), it can find and go after circulating tumor cells (CTCs), stick to them and destroy these cells by breaking them apart to prevent cancer metastases. The spaser absorbs laser light, heats up, causes shock waves in the cell and destroys the cell membrane. The findings are published in the journal Nature Communications.

The spaser, which stands for surface plasmon amplification by stimulated emission of radiation, is a nanoparticle, about 20 nanometers in size or hundreds times smaller than human cells. It has folic acid attached to its surface, which allows selective molecular targeting of cancer cells. The folate receptor is commonly overexpressed on the surface of most human cancer cells and is weakly expressed in normal cells.

The discovery was made by researchers at Georgia State University, the University of Arkansas for Medical Sciences, the University of Arkansas at Little Rock and the Siberian Branch of the Russian Academy of Science.

"There is no other method to reliably detect and destroy CTCs," said Dr. Mark Stockman, director of the Center for Nano-Optics and professor of physics at Georgia State. "This is the first. This biocompatible spaser can go after these cells and destroy them without killing or damaging healthy cells. Any other chemistry would damage and likely kill healthy cells. Our findings could play a pivotal role in providing a better, life-saving treatment option for cancer patients."

Metastatic cancer occurs when cancer spreads to distant parts of the body, often to the bone, liver, lungs and brain, through a process called metastasis. Many types of cancers refer to this as stage IV cancer. Once cancer spreads, it can be difficult to control, and most metastatic cancer can't be cured with current treatments, according to the National Institute of Health's National Cancer Institute. One of the most dangerous ways metastasizing occurs is through the CTCs, which this study aims to detect and destroy using spasers.

The spasers used in this study measure just 22 nanometers, setting the record for the smallest nanolasers. A nanometer is one-billionth of a meter. Most results were obtained with a gold, spherical nanoparticle surrounded by a silica shell and covered with a uranine dye, which is widely used for tracing and biomedical diagnostics.

The researchers studied the spaser's capabilities in vitro in human breast cancer cells with high folate receptor expression and endothelial cells with low folate receptor expression, as well as in mouse cells in vivo.

They found cells with spasers demonstrated high image contrasts with one or many individual "hot spots" at different laser energies above the spasing threshold. The presence of spasers was confirmed with several optical and electron microscopy techniques, which revealed an initial accumulation of individual spasers on the cell membrane followed by their entrance into the cell cytoplasm.

The study also found low toxicity of the spasers for human cells. At the same time, the spasers subjected to laser irradiation selectively killed the tumor cells without damaging the healthy ones.

Based on the study's results, spaser-based therapeutic applications with high-contrast imaging is a promising field. The data suggest spasers have high potential as therapeutic and diagnostic agents that integrate optical diagnosis and photothermal-based cell killing, using just a few laser pulses to kill cancer cells.

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Un nanolaser connu sous le nom de spaser peut servir de sonde super-brillante, hydrosoluble et biocompatible capable de trouver des cellules cancéreuses métastasées dans la circulation sanguine et ensuite de tuer ces cellules, selon une nouvelle étude de recherche.

L'étude a révélé que le spaser peut être utilisé comme sonde optique et lorsqu'il est libéré dans le corps (éventuellement par injection ou une solution), il peut trouver et aller après la circulation des cellules tumorales (CTC), s'en tenir à celles-ci et détruire ces cellules en les séparant pour prévenir les métastases cancéreuses. Le coussin absorbe la lumière laser, se réchauffe, provoque des ondes de choc dans la cellule et détruit la membrane cellulaire. Les résultats sont publiés dans la revue Nature Communications.

Le spaser, qui représente l'amplification du plasmon de surface par émission stimulée par rayonnement, est une nanoparticule, d'environ 20 nanomètres de taille ou cent fois plus petite que les cellules humaines. Il a l'acide folique attaché à sa surface, ce qui permet le ciblage moléculaire sélectif des cellules cancéreuses. Le récepteur du folate est généralement surexprimé à la surface de la plupart des cellules cancéreuses humaines et est faiblement exprimé dans les cellules normales.

La découverte a été réalisée par des chercheurs de l'Université d'État de Géorgie, de l'Université d'Arkansas pour les sciences médicales, de l'Université d'Arkansas à Little Rock et de la Branche sibérie de l'Académie des sciences de Russie.

"Il n'existe aucune autre méthode pour détecter et détruire de manière fiable les CTC", a déclaré le Dr Mark Stockman, directeur du Centre for Nano-Optics et professeur de physique à l'État de Géorgie. "Ceci est le premier. Ce spaser biocompatible peut aller après ces cellules et les détruire sans tuer ou endommager les cellules saines. Toute autre chimie pourrait endommager et probablement tuer des cellules saines. Nos résultats pourraient jouer un rôle central en fournissant une option pour un traitement pour prolonger la vie des patients atteints de cancer ".

Le cancer métastatique se produit lorsque le cancer se propage à des parties éloignées du corps, souvent aux os, au foie, aux poumons et au cerveau, à travers un processus appelé métastase. De nombreux types de cancers se réfèrent à ceci comme cancer du stade IV. Une fois que le cancer se propage, il peut être difficile à contrôler, et la plupart des cancers métastatiques ne peuvent pas être guéries avec des traitements actuels, selon l'Institut national du cancer de l'Institut national de la santé. L'une des manières les plus dangereuses dont la métastase se produit est à travers les CTC, que cette étude vise à détecter et à détruire à l'aide de spasers.

Les spasers utilisés dans cette étude ne mesurent que 22 nanomètres, ce qui rend le record des plus petits nanolasers. Un nanomètre est d'un milliardième de mètre. La plupart des résultats ont été obtenus avec une nanoparticule sphérique or entourée d'une coquille de silice et recouverte d'un colorant uranien, largement utilisé pour le suivi et le diagnostic biomédical.

Les chercheurs ont étudié les capacités du spaser in vitro dans des cellules de cancer du chez la femme avec une forte expression du récepteur du folate et des cellules endothéliales avec une faible expression du récepteur du folate, ainsi que dans les cellules de souris in vivo.

Ils ont constaté que les cellules avec des spasers ont démontré des contrastes d'image élevés avec un ou plusieurs «points chauds» individuels à différentes énergies laser au-dessus du seuil des spores. La présence de spasers a été confirmée avec plusieurs techniques de microscopie optique et électronique, ce qui a révélé une accumulation initiale de spasers individuels sur la membrane cellulaire suivie de leur entrée dans le cytoplasme cellulaire.

L'étude a également trouvé une faible toxicité des spasers pour les cellules humaines. Dans le même temps, les spasers soumis à une irradiation laser ont sélectivement tué les cellules tumorales sans endommager celles en bonne santé.

Sur la base des résultats de l'étude, les applications thérapeutiques basées sur les spores avec une imagerie à contraste élevé sont un domaine prometteur. Les données suggèrent que les spasers ont un fort potentiel en tant qu'agents thérapeutiques et diagnostiques qui intègrent le diagnostic optique et l'abattage cellulaire à base de photothermie, en utilisant seulement quelques impulsions laser pour tuer les cellules cancéreuses.

Cancerous tumors are formidable enemies, recruiting blood vessels to aid their voracious growth, damaging nearby tissues, and deploying numerous strategies to evade the body's defense systems. But even more malicious are the circulating tumor cells (CTCs) that tumors release, which travel stealthily through the bloodstream and take up residence in other parts of the body, a process known as metastasis. While dangerous, their presence is also a valuable indicator of the stage of a patient's disease, making CTCs an attractive new approach to cancer diagnostics. Unfortunately, finding the relative handful of CTCs among the trillions of healthy blood cells in the human body is like playing the ultimate game of needle-in-a-haystack: CTCs can make up as few as one in ten thousand of the cells in the blood of a cancer patient. This is made even more difficult by the lack of broad-spectrum CTC capture agents, as the most commonly used antibodies fail to recognize many types of cancer cells.

To address this problem, a group of researchers at the Wyss Institute at Harvard University has adapted an engineered human blood opsonin protein known as FcMBL, which was originally developed as a broad-spectrum pathogen capture agent, to target CTCs instead. Using magnetic beads coated with FcMBL, they were able to capture >90% of seven different types of cancer cells. "We were able to rapidly isolate CTCs both in vitro and from blood, including some which are not bound by today's standard CTC-targeting technologies," says Michael Super, Ph.D., Lead Senior Staff Scientist at the Wyss Institute and co-author of the paper. "This new technique could become useful in cancer diagnostics." The technology is described today in Advanced Biosystems.

Current CTC diagnostic systems frequently make use of a cancer cell marker, the epithelial cell adhesion molecule (EpCAM), which is highly expressed on the surface of tumor cells. However, EpCAM expression on cancer cells decreases when tumor cells transform into CTCs, ironically making EpCAM-based tests less useful precisely when it is most crucial to know that a patient's cancer has metastasized.

The Wyss Institute capture technology takes advantage of a protein naturally found in the body, mannose-binding lectin (MBL), which recognizes and binds to carbohydrates present on the surfaces of bacteria and other pathogens, marking them for destruction by the immune system. Healthy human cells have different carbohydrate patterns and are immune to MBL, but many cancer cells have aberrant carbohydrates that are similar to those found on pathogens and, therefore, are vulnerable to MBL binding.

The team previously developed a genetically engineered version of MBL in which the binding portion is fused to an antibody Fc fragment (FcMBL) to stabilize the molecule. Past studies showed that when tiny magnetic beads are coated with FcMBL and added to various pathogens, the FcMBL-coated beads attach to the surfaces of these cells like flies on flypaper so that, when a magnetic field is applied, the beads drag their bound cells along with them toward the magnet.

To evaluate whether this system could specifically target CTCs, the researchers implanted fluorescently-labeled human breast cancer cells in mice, let the tumors develop for 28 days, and then tested the blood to determine the number of CTCs present. They then mixed the blood with FcMBL-coated beads and pulled the beads out of suspension with a magnet. "The FcMBL-coated beads are unlikely to be bound to normal cells, and so when we measured the movement of cancer cells versus normal cells, the cancer cells moved much faster because they were being dragged to the magnet by the beads," explains first author Joo Kang, Ph.D., who was a Technology Development Fellow at the Wyss Institute while completing this study and is now an Assistant Professor at the Ulsan National Institute of Science and Technology. The concentration of CTCs present in the blood was also reduced by more than 93%, showing that FcMBL can effectively capture CTCs in the blood even after they have undergone the transitions that reduce EpCAM expression.

The team then tested their system against six additional cancer cell types, including human non-small cell lung cancer, lung carcinoma, and glioblastoma. The FcMBL-coated beads captured all six types of tumor cells with >90% efficiency -- which is comparable to EpCAM-targeting methods -- and were also able to capture two types that are not successfully bound by anti-EpCAM antibodies (lung carcinoma and glioblastoma). "Our results suggest that while the EpCAM marker can be useful for some tumors, it becomes less and less useful over time as EpCAM expression decreases and the cell becomes metastatic," says Super. "Our FcMBL system can either be used as an alternative to EpCAM-based diagnostics, or as a follow-up method once EpCAM ceases to be expressed."

The researchers hope to continue their studies to determine exactly which carbohydrate molecules FcMBL is targeting on CTCs, which could further improve the specificity and efficacy of capture. "The FcMBL opsonin technology has already been shown to be an extremely broad-spectrum capture agent for pathogens," says senior author of the study and Wyss Founding Director Donald Ingber, who is also the Judah Folkman Professor of Vascular Biology at Harvard Medical School (HMS) and the Vascular Biology Program at Boston Children's Hospital, as well as a Professor of Bioengineering at Harvard's School of Engineering and Applied Sciences. "This new finding that it has similar broad-spectrum binding activity for many different types of circulating cancer cells is equally exciting, and once again demonstrates the power of leveraging biological design principles when developing new medical innovations."

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Les tumeurs cancéreuses sont des ennemis formidables, recrutant des vaisseaux sanguins pour favoriser leur croissance vorace, endommageant les tissus voisins et déployeant de nombreuses stratégies pour échapper aux systèmes de défense du corps. Mais encore plus malveillantes sont les cellules tumorales circulantes (CTC) que les tumeurs libèrent, qui se déplacent furtivement à travers le flux sanguin et s'installent dans d'autres parties du corps, un processus connu sous le nom de métastase. Bien qu'elles soient dangereuses, leur présence est également un indicateur précieux du stade de la maladie d'un patient, ce qui rend les CTC une nouvelle approche attrayante pour le diagnostic du cancer. Malheureusement, trouver la poignée relative de CTC parmi les trillions de globules sanguins sains dans le corps humain est comme jouer le jeu ultime de l'aiguille-dans-une-meule de foin: les CTC peuvent constituer une des dix mille des cellules sanguines d'un patient cancéreux. Ceci est rendu encore plus difficile par le manque d'agents de capture de CTC à large spectre, car les anticorps les plus couramment utilisés ne permettent pas de reconnaître de nombreux types de cellules cancéreuses.

Pour remédier à ce problème, un groupe de chercheurs de l'Institut Wyss de l'Université de Harvard a adapté une protéine d'opsonine sanguine humaine connue sous le nom de FcMBL, qui a été développée à l'origine comme un agent de capture de pathogènes à large spectre, pour cibler plutôt les CTC. À l'aide de perles magnétiques revêtues de FcMBL, elles ont pu capturer> 90% de sept types différents de cellules cancéreuses. «Nous avons pu isoler rapidement les CTC à la fois in vitro et du sang, y compris ceux qui ne sont pas liés par les technologies de ciblage CTC standard actuelles», explique Michael Super, Ph.D., chercheur senior principal au Wyss Institute et co- Auteur de l'article. "Cette nouvelle technique pourrait devenir utile dans le diagnostic du cancer". La technologie est décrite aujourd'hui dans Advanced Biosystems.

Les systèmes de diagnostic actuels de la CTC utilisent fréquemment un marqueur de cellules cancéreuses, la molécule d'adhésion des cellules épithéliales (EpCAM), qui est fortement exprimé à la surface des cellules tumorales. Cependant, l'expression d'EpCAM sur les cellules cancéreuses diminue lorsque les cellules tumorales se transforment en CTC, rendant ironiquement des tests basés sur EpCAM moins utiles précisément lorsqu'il est essentiel de savoir que le cancer d'un patient a été métastasé.

La technologie de capture de l'Institut Wyss bénéficie d'une protéine naturellement trouvée dans le corps, la lectine de liaison au mannose (MBL), qui reconnaît et se lie aux hydrates de carbone présents sur les surfaces des bactéries et autres agents pathogènes, les marquant pour destruction par le système immunitaire. Les cellules humaines saines ont des modèles de glucides différents et sont immunisées contre le MBL, mais de nombreuses cellules cancéreuses ont des glucides aberrants qui sont similaires à ceux trouvés sur les agents pathogènes et, par conséquent, sont vulnérables à la liaison MBL.

L'équipe a précédemment développé une version génétiquement modifiée de MBL dans laquelle la partie de liaison est fusionnée à un fragment d'anticorps Fc (FcMBL) pour stabiliser la molécule. Des études passées ont montré que lorsque de minuscules perles magnétiques sont revêtues de FcMBL et ajoutées à divers agents pathogènes, les billes revêtues de FcMBL s'attachent aux surfaces de ces cellules comme des mouches sur papier mouche afin que, lorsqu'un champ magnétique est appliqué, les perles traînent leurs cellules liées avec elles vers l'aimant.

Pour évaluer si ce système pourrait cibler spécifiquement les CTC, les chercheurs ont implanté des cellules de cancer du sein humain marquées par fluorescence chez la souris, laissent les tumeurs se développer pendant 28 jours, puis ont testé le sang pour déterminer le nombre de CTC présents. Ils ont ensuite mélangé le sang avec des billes revêtues de FcMBL et retiré les billes en suspension avec un aimant. "Les perles recouvertes de FcMBL ne sont probablement pas liées aux cellules normales, et donc, lorsque nous mesurons le mouvement des cellules cancéreuses par rapport aux cellules normales, les cellules cancéreuses se déplacent beaucoup plus rapidement parce qu'elles ont été traînées à l'aimant par les perles", explique d'abord L'auteur Joo Kang, Ph.D., qui a été membre du développement technologique au Wyss Institute tout en terminant cette étude et est maintenant professeur adjoint à l'Institut national des sciences et de la technologie d'Ulsan. La concentration de CTC présents dans le sang a également été réduite de plus de 93%, montrant que FcMBL peut effectivement capturer des CTC dans le sang même après avoir subi les transitions qui réduisent l'expression d'EpCAM.

L'équipe a ensuite testé son système contre six autres types de cellules cancéreuses, y compris le cancer du poumon non-cellulaire humain, le carcinome pulmonaire et le glioblastome. Les perles recouvertes de FcMBL ont capturé les six types de cellules tumorales avec une efficacité> 90% - ce qui est comparable aux méthodes de ciblage par EpCAM - et ont également capturé deux types qui ne sont pas liés par des anticorps anti-EpCAM (carcinome pulmonaire Et glioblastome). "Nos résultats suggèrent que, bien que le marqueur EpCAM puisse être utile pour certaines tumeurs, il devient de moins en moins utile avec le temps à mesure que l'expression d'EpCAM diminue et que la cellule devient métastatique", explique Super. «Notre système FcMBL peut être utilisé comme alternative aux diagnostics basés sur EpCAM, ou comme méthode de suivi une fois que l'EpCAM cesse d'être exprimé».

Les chercheurs espèrent poursuivre leurs études pour déterminer exactement quelles molécules d'hydrates de carbone FcMBL ciblent sur les CTC, ce qui pourrait encore améliorer la spécificité et l'efficacité de la capture. "La technologie FcMBL opsonin a déjà été démontrée comme un agent de capture à très large spectre pour les agents pathogènes", a déclaré l'auteur principal de l'étude. "Cette nouvelle constatation qu'il a une activité de liaison de large spectre similaire pour de nombreux types de cellules cancéreuses circulantes est tout aussi excitante et démontre une fois de plus le pouvoir d'utiliser les principes de conception biologique lors du développement de nouvelles innovations médicales".

One day, patients may be able to monitor their body's response to cancer therapy just by having their blood drawn. A new study, led by bioengineers at UC Berkeley, has taken an important step in that direction by measuring a panel of cancer proteins in rare, individual tumor cells that float in the blood.

Berkeley researchers isolated circulating tumor cells from the blood of breast cancer patients, then used microscale physics to design a precision test for protein biomarkers, which are indicators of cancer. After isolating each cell, the microfluidic device breaks the cells open and tests the cellular contents for eight cancer protein biomarkers. The researchers are expanding the number of proteins identifiable with this technology to eventually allow pathologists to classify cancer cells more precisely than is possible using existing biomarkers.

"Tremendous advances have been made in DNA and RNA profiling in cells collected using a liquid biopsy. We extend those advances to highly selective measurement of proteins -- the 'molecular machines' of the cell," said Amy Herr, Berkeley a bioengineering professor and leader of the study team. "We are working to create medicine that would allow a doctor to monitor a patient's treatment response through a blood draw, perhaps on a daily basis."

The study was published March 23 in the journal Nature Communications. The research was a collaboration with breast cancer surgeon Stefanie Jeffrey at Stanford University and with a University of California startup, Vortex Biosciences. Funding was provided by the National Cancer Institute of the National Institutes of Health.

The study focuses on circulating tumor cells, a potentially rich source of information about a person's cancer. These cells are thought to break off from the original tumor and circulate in the blood, and may be a sign of an aggressive tumor. But studying these cells is difficult because the cells are rare, so few are collected even when enriched from the blood. The cells contain different proteins than the original tumor, so research is ongoing to unlock the secrets of these elusive cells.

To better study circulating tumor cells, the researchers collaborated with physician-scientists and industry engineers to develop a microfluidics system that separates these large cells into a concentrated sample. A key advance the team made was in devising a system to precisely handle and manipulate the concentrated cells from blood. The Berkeley researchers then analyzed each circulating tumor cell for the specific panel of cancer proteins.

To do so, they placed each rare cell in a microwell (with a diameter roughly half the width of a human hair). Once settled in the microwell, the circulating tumor cells were burst open and the proteins released from inside each cell were separated according to differences in size or mass. The scientists were then able to identify cancer proteins by introducing fluorescent probes that bind to and light up a specific protein target. By sorting and probing the protein targets, the test is more selective than existing pathology tools. Enhanced selectivity will be crucial in detecting subtle chemical modifications to biomarkers that can be important but difficult to measure, Herr said. The researchers plan to expand their approach to identify more proteins, and proteins with unique modifications, in circulating tumor cells.

"Microfluidic design was key in this study. We were able to integrate features needed for each measurement stage into one process," Herr said. "Systems integration allowed us to do every single measurement step very, very quickly while the biomarkers are still concentrated. If not performed exceptionally fast, the cell's proteins diffuse away and become undetectable."

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Un jour, les patients pourront être en mesure de surveiller la réponse de leur corps à la thérapie du cancer juste par une prise de sang. Une nouvelle étude, menée par des bio-ingénieurs de l'UC Berkeley, a franchi une étape importante dans cette direction en mesurant un panel de protéines cancéreuses dans de rares cellules tumorales individuelles qui flottent dans le sang.

Les chercheurs de Berkeley ont isolé les cellules tumorales circulantes du sang des patients atteints de cancer du sein, puis ont utilisé la physique à micro échelle pour concevoir un test de précision pour les biomarqueurs de protéines qui sont des indicateurs de cancer. Après avoir isolé chaque cellule, le dispositif microfluidique brise les cellules et teste le contenu cellulaire de huit biomarqueurs de protéines cancéreuses. Les chercheurs sont en train d'élargir le nombre de protéines identifiables avec cette technologie pour permettre éventuellement aux pathologistes de classer les cellules cancéreuses plus précisément que ce n'est possible en utilisant les biomarqueurs existants.

«Nous avons étendu ces progrès à la mesure hautement sélective des protéines - les« machines moléculaires »de la cellule», a déclaré Amy Herr, Berkeley, professeur de bio-ingénierie et Chef de l'équipe d'étude. "Nous travaillons à créer des médicaments qui permettraient à un médecin de surveiller la réponse d'un patient au traitement par un prélèvement de sang, peut-être sur une base quotidienne."

L'étude a été publiée le 23 mars dans la revue Nature Communications. La recherche a été une collaboration avec le chirurgien du cancer du sein Stefanie Jeffrey à l'Université de Stanford et avec un démarrage de l'Université de Californie, Vortex Biosciences. Le financement a été fourni par le National Cancer Institute des National Institutes of Health.

L'étude se concentre sur la circulation des cellules tumorales, une source potentiellement riche d'informations sur le cancer d'une personne. Ces cellules sont censées se détacher de la tumeur d'origine et circuler dans le sang, et peuvent être un signe d'une tumeur agressive. Mais l'étude de ces cellules est difficile parce que les cellules sont rares, si peu sont recueillis, même lorsqu'elles viennent d'un sang enrichi. Les cellules contiennent différentes protéines de la tumeur originale, de sorte que la recherche est en cours pour déverrouiller les secrets de ces cellules insaisissables.

Pour mieux étudier les cellules tumorales en circulation, les chercheurs ont collaboré avec des médecins-scientifiques et des ingénieurs de l'industrie pour développer un système de microfluidique qui sépare ces grandes cellules en un échantillon concentré. Une avance importante de l'équipe a été faite dans la conception d'un système pour manipuler précisément et de manipuler les cellules concentrées de sang. Les chercheurs de Berkeley ont ensuite analysé chaque cellule tumorale circulante pour le panel spécifique de protéines cancéreuses.

Pour ce faire, ils ont placé chaque cellule rare dans un micro-puit (avec un diamètre environ la moitié de la largeur d'un cheveu humain). Une fois installées dans le micropuit, les cellules tumorales en circulation ont été éclatées et les protéines libérées à l'intérieur de chaque cellule ont été séparées selon des différences de taille ou de masse. Les scientifiques ont ensuite été en mesure d'identifier les protéines cancéreuses en introduisant des sondes fluorescentes qui se lient à une cible spécifique de protéines et d'éclairer. En triant et en testant les cibles protéiques, le test est plus sélectif que les outils pathologiques existants. Une sélectivité accrue sera cruciale pour détecter des modifications chimiques subtiles des biomarqueurs qui peuvent être importantes mais difficiles à mesurer, a indiqué M. Herr. Les chercheurs prévoient d'étendre leur approche pour identifier plus de protéines, et de protéines avec des modifications uniques, dans les cellules tumorales circulantes.

«La conception microfluidique a été la clé dans cette étude. Nous avons été en mesure d'intégrer les fonctionnalités nécessaires pour chaque étape de mesure en un seul processus», a déclaré M. Herr. «L'intégration des systèmes nous a permis de réaliser chaque étape de mesure très, très rapidement, alors que les biomarqueurs sont toujours concentrés. Si elles ne sont pas effectuées de façon exceptionnelle, les protéines de la cellule se diffusent et deviennent indétectables.

After surgery to remove a cancerous tumor - even if the surgery is considered "successful" - it's almost impossible to ensure that all microtumors have been removed from the surgical site. Cancer recurrence.

Meanwhile, tiny blood cells called platelets rush in to the post-surgical healing process. What if those platelets could carry anti-cancer drugs to wipe out those microtumors? UNC and NC State scientists have developed a way to do just that, and they have shown success in animal studies, published today in Nature Biomedical Engineering.

"Our goal was to study a new and effective way to treat cancer patients after they have surgery," said Zhen Gu, PhD, the senior author who holds joint positions at the UNC School of Medicine, UNC Eshelman School of Pharmacy and NC State University College of Engineering.

"Immunotherapeutic agents can not be used to prevent cancer," he said. "

However, immune cells may be blocked by inhibitory molecules, which serve as checkpoints to alleviate or "turn off" the immune system response, Gu explained. Cancer cells can leverage such mechanisms to escape the immune system response. The anti-PD-1 / PD-L1 antibodies, several of which have received fast-track approval from the U.S. Food and Drug Administration (FDA).

"Chao Wang, PhD, the paper's lead author and a postdoctoral researcher on Gu's team. "Currently, the antibodies can not target the tumor site effectively. The off-target antibodies and overdose can cause side effects such as an autoimmune disorder, which can damage normal tissue cells."

To overcome these problems, the research team used immunotherapy to directly target residual tumors after a surgery or surgeries to remove the primary tumor, rather than to nonspecifically bolster the immune system. A cancer-fighting antibiotic may be used for the treatment of cancer. This way the negative side effects could be avoided.

Cancer can become deadly after surgery to remove a primary tumor because of the possibility of recurrence of the cancer at the surgery site and other parts of the body. Also, there is a possibility that tumor cells will circulate through the body after surgery.

"We wanted to utilize platelets'," Interestingly, we can use interactions with circulating tumor cells, for targeted delivery of immune checkpoint inhibitors ", said Interestingly, Site, due to the generation of small platelet-derived microparticles upon the platelet activation. Also, aggregated platelets can help attract and boost immune cells in the surgical site. "

Using animal models (some mice had melanoma tumors) had a triple-negative breast cancer tumors. To mimic metastasis, Gu's team was circulating tumors to the mice, which they were also able to fight.

Gu's team used atezolizumab, an anti-PDL1 inhibitor, which was recently fast-tracked by the FDA. For the mice which received the treatment - compared to their placebo counterparts - the treatment "Companion" prolonged overall survivor after surgery by reducing the risk of cancer regrowth and metastatic spread, Gu said.

"This is why we used different types of cancer - not just for solid tumors, but for cancers like leukemia," Gu said. "Leukemia is a liquid, circulating tumor, while breast tumors and melanoma are solid tumors, so this is going to be a very broad technology."

In addition to anti-tumor responses, immune checkpoint inhibitors have also been associated with long-term remission in patients, Gu said.

Dr. Melina Kibbe, MD, professor and chairman of the Department of Surgery at UNC, said, "Dr. Gu's work represents an exciting and elegant technological advance in targeted therapeutics for cancer. "By engineering platforms to release PDL1 via microparticles overcomes several challenges currently facing cancer therapeutics.Specifically, Dr. Gu's approach could avoid off-target systemic side effects by allowing for concentrated drug delivery at the site of interest. This technology, there is great potential to have a dramatic impact on the care of patients with cancer."

Cancer can still be deadly, even after surgery to remove the primary tumor because the cancer can metastasize in other parts of the body, and because circulating tumor cells can remain after surgery.

"We need new approaches to address cancer metastasis and circulating tumors after surgery, and we think we're on the right track using platelets laced with antibodies to kill various types of cancers," Gu said.

This study was funded by the National Institutes of Health, the Alfred P. Sloan Foundation, NC TraCS and a pilot grant from the UNC Cancer Center.

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Après la chirurgie pour enlever une tumeur cancéreuse - même si la chirurgie est considérée comme «réussie» - il est presque impossible de s'assurer que tous les microtumors ont été retirés du site chirurgical. Récidive du cancer.

Pendant ce temps, de petites cellules sanguines appelées plaquettes se précipitent dans le processus de guérison post-chirurgicale. Et si ces plaquettes pouvaient transporter des médicaments anticancéreux pour éliminer ces microtumors? UNC et NC State scientifiques ont développé une façon de faire exactement cela, et ils ont montré le succès dans les études sur les animaux, publié aujourd'hui dans Nature Biomedical Engineering.

«Notre objectif était d'étudier une nouvelle façon efficace et efficace de traiter les patients atteints de cancer après leur chirurgie», a déclaré Zhen Gu, PhD, l'auteur principal qui occupe des postes conjoints à l'UNC School of Medicine, UNC Eshelman School of Pharmacy et NC State University Collège d'ingénierie.

«Les agents immunothérapeutiques ne peuvent pas être utilisés pour prévenir le cancer», at-il dit. "

Cependant, les cellules immunitaires peuvent être bloquées par des molécules inhibitrices, qui servent de points de contrôle pour atténuer ou «désactiver» la réponse du système immunitaire, a expliqué Gu. Les cellules cancéreuses peuvent tirer parti de tels mécanismes pour échapper à la réponse du système immunitaire. Les anticorps anti-PD-1 / PD-L1, dont plusieurs ont reçu l'approbation rapide de la Food and Drug Administration des États-Unis (FDA).

"Chao Wang, PhD, auteur principal du papier et un chercheur postdoctoral sur l'équipe de Gu." Actuellement, les anticorps ne peuvent pas cibler efficacement le site de la tumeur. Les anticorps hors cible et le surdosage peuvent provoquer des effets secondaires tels que des troubles auto-immuns, qui peuvent endommager les cellules normales du tissu.

Pour surmonter ces problèmes, l'équipe de recherche a utilisé l'immunothérapie pour cibler directement les tumeurs résiduelles après une chirurgie ou des chirurgies pour enlever la tumeur primaire, plutôt que de renforcer de façon non spécifique le système immunitaire. Un antibiotique de lutte contre le cancer peut être utilisé pour le traitement du cancer. De cette façon, les effets secondaires négatifs pourraient être évités.

Le cancer peut devenir mortel après la chirurgie pour enlever une tumeur primaire en raison de la possibilité de récurrence du cancer au site de la chirurgie et d'autres parties du corps. En outre, il est possible que les cellules tumorales circulent à travers le corps après la chirurgie.

"Nous avons voulu utiliser des plaquettes", "Fait intéressant, nous pouvons utiliser des interactions avec les cellules tumorales circulantes, pour la délivrance ciblée d'inhibiteurs de contrôle immunitaire", en raison de la génération de petites microparticules dérivées de plaquettes sur l'activation des plaquettes. , Les plaquettes agrégées peuvent aider à attirer et stimuler les cellules immunitaires dans le site chirurgical.

En utilisant des modèles animaux, certaines souris avaient des tumeurs de mélanome ou une tumeur de cancer du sein triple négatif. Pour simuler la métastase, l'équipe de Gu a fait circuler des tumeurs chez les souris, auxquelles elles ont également réussi à combattre.

L'équipe de Gu a utilisé l'atezolizumab, un anti-PDL1 inhibiteur, qui a été récemment accepté par la FDA. Pour les souris qui ont reçu le traitement - par rapport à leurs contreparties placebo - le traitement "compagnon" a prolongé la survie globale après la chirurgie en réduisant le risque de recréation du cancer et la propagation métastatique, a dit Gu.

"C'est pourquoi nous avons utilisé différents types de cancer - pas seulement pour les tumeurs solides, mais pour les cancers comme la leucémie", a déclaré Gu. «La leucémie est une tumeur circulante liquide, tandis que les tumeurs du sein et le mélanome sont des tumeurs solides, la technologie sera donc très étendue.

En plus des réponses antitumorales, les inhibiteurs du point de contrôle immunitaire ont également été associés à la rémission à long terme chez les patients, dit Gu.

Dr Melina Kibbe, MD, professeur et président du Département de chirurgie à l'UNC, a déclaré «Le travail de Dr. Gu représente un progrès technologique excitant et élégant dans la thérapeutique ciblée pour le cancer»,. «En mettant au point des plaquettes pour libérer du PDL1 via des microparticules, il est possible de surmonter plusieurs défis auxquels font face actuellement les traitements anticancéreux. Cette technologie a un grand potentiel d'avoir un impact très grand sur les soins aux patients atteints de cancer. "

Le cancer peut encore être mortel, même après la chirurgie pour enlever la tumeur primaire parce que le cancer peut métastaser dans d'autres parties du corps, et parce que les cellules tumorales circulantes peuvent rester après la chirurgie.

«Nous avons besoin de nouvelles approches pour traiter les métastases cancéreuses et les cellules cancéreuses circulantes après la chirurgie, et nous pensons que nous sommes sur la bonne voie en utilisant des plaquettes liées avec des anticorps pour tuer divers types de cancers», a dit Gu.

Cette étude a été financée par les National Institutes of Health, la Fondation Alfred P. Sloan, NC TraCS et une subvention pilote du UNC Cancer Center.

La mesure de l’ADN provenant de cellules cancéreuses dans le sang des patientes atteintes d’un cancer des ovaires pourrait permettre de détecter précocement la récidive de la maladie et d’améliorer la survie.

Le cancer est une maladie sournoise dans la mesure où elle évolue souvent de façon silencieuse pendant plusieurs décennies avant de provoquer des symptômes cliniques. Il s’agit d’un grave problème, car les traitements anticancéreux actuels sont en général beaucoup plus efficaces lorsqu’ils sont dirigés vers des tumeurs de petite taille et la détection précoce de ces tumeurs peut donc grandement améliorer les chances de survie des patients. C’est d’ailleurs pour cette raison que beaucoup d’efforts sont actuellement consacrés au dépistage précoce de certains cancers fréquents, comme ceux du sein (mammographie), de la prostate (PSA) et du côlon (coloscopie).

L’importante baisse de la mortalité associée au cancer colorectal dans plusieurs pays occidentaux est d’ailleurs une conséquence directe des programmes de coloscopie qui sont maintenant offerts aux personnes à risque (antécédents familiaux de cancer, personnes de 50 ans et plus).

Des études récentes permettent de penser que la détection de cellules cancéreuses présentes dans la circulation sanguine pourrait représenter une véritable révolution dans le dépistage précoce de plusieurs types de cancers, de même que dans la prévention des récidives.

La progression du cancer s’accompagne d’une libération de fragments d’ADN dans le sang et il a été démontré que la quantité de cet ADN était étroitement corrélée avec l’évolution de plusieurs types de cancers, incluant ceux du côlon, du sein, de la prostate et le mélanome.

Association utile

Cette association peut s’avérer particulièrement utile pour déterminer une éventuelle récidive du cancer après le traitement d’un cancer: par exemple, une étude a révélé que l’ADN tumoral pouvait être détecté presque un an avant l’apparition de métastases chez des femmes traitées pour un cancer du sein, tandis que la disparition de cet ADN était associée à une absence de récidive et à une guérison complète. Autrement dit, la mesure de l’ADN tumoral est l’équivalent d’une «biopsie liquide» qui permet de détecter la présence d’un cancer ou sa récidive à partir d’un simple échantillon sanguin, ce qui peut grandement améliorer l’approche thérapeutique face à la maladie.

Cancer de l’ovaire

Le cancer de l’ovaire est certainement l’un des cancers qui pourraient le plus bénéficier de cette approche basée sur la biopsie liquide. Chez la plupart des patientes, ce cancer a déjà atteint un stade avancé et invasif lors du diagnostic, et bien que la majorité d’entre elles soient en rémission après le traitement par chirurgie et chimiothérapie, le cancer refait surface chez environ 75 % des femmes touchées.

Des résultats obtenus par une équipe de la clinique Mayo, au Minnesota, pourraient permettre d’améliorer ce bilan clinique. Les chercheurs ont prélevé un échantillon de sang chez 10 patientes atteintes d’un cancer de l’ovaire avancé avant et après l’excision de la tumeur par chirurgie, puis ils ont comparé l’ADN présent dans ces échantillons avec celui de la tumeur solide. Ils ont observé que si l’ADN retrouvé dans le sang après la chirurgie était identique à celui de la tumeur solide, les patientes risquaient de voir leur cancer récidiver; à l’inverse, si l’ADN tumoral était absent du sang prélevé post-chirurgie, elles étaient en rémission complète. Cette découverte permet donc d’envisager un traitement personnalisé pour chaque patiente, adapté en fonction de la présence de tumeur résiduelle à la suite de l’excision de la tumeur par chirurgie.

Il est donc permis d’espérer que la détection de tumeurs résiduelles dans le sang fera partie de notre arsenal thérapeutique dans un proche avenir, ce qui permettra non seulement de diagnostiquer la présence de tumeurs à un stade précoce, mais aussi de suivre avec précision son évolution après les traitements anticancéreux.

Texte du docteur Béliveau

A team of researchers from Cornell University in Ithaca, New York demonstrated a drug delivery mechanism that utilizes two independent vehicles, allowing for delivery of chemically and physically dis-tinct agents. The mechanism was utilized to deliver a new anti-cancer combination therapy consisting of piperlongumine (PL) and TRAIL to treat PC3 prostate cancer and HCT116 colon cancer cells. PL, a small-molecule hydrophobic drug, was encapsulated in poly (lactic-co-glycolic acid) (PLGA) nanoparticles. TRAIL was chemically conjugated to the surface of nanoscale liposomes. PL was first administered to sensitize cancer cells to the effects of TRAIL. PC3 and HCT116 cells had lower survival rates in vitro after receiving the dual nanoparticle therapy compared to each agent individually. In vivo testing involved a subcutaneous mouse xenograft model using NOD-SCID gamma mice and HCT116 cells. Two treatment cycles were administered over 48 hours. Higher apoptotic rates were observed for HCT116 tumor cells that received the dual nanoparticle therapy compared to individual stages of the nanoparticle therapy alone. The report appears in the latest issue of the journal Technology.

"We have found that liposomal TRAIL shows great promise for the destruction of tumor cells in the bloodstream, lymphatic system, and also in solid tumors," says Daljit S. and Elaine Sarkaria Professor Michael R. King, Ph.D., of Cornell University and senior author of the study.

In the paper, the Cornell researchers describe a nanoparticle-based drug delivery mechanism developed for a combination cancer therapy. Nanoparticle delivery platforms have been previously pursued for a variety of cancer therapies. A number of studies have focused on complex particle structures and designs aimed at improving delivery. The Cornell group's system utilizes a different approach through the use of a dual nanoparticle delivery mechanism. Therapeutic components were administered through separate particles as opposed to delivering the agents in a single particle. Given the hydrophobic nature of the TRAIL sensitizer, the drug was encapsulated in polymer-based nanoparticles.

In the study, researchers observed of a higher number of apoptotic cells in mouse trials, consistent with their observed laboratory results that demonstrated an increased therapeutic efficacy when utilizing the two-stage nanoparticle therapy compared to each individual nanoparticle stage alone. The dual nanoparticle delivery system provided a level of flexibility when administering the two stages of the therapy, allowing for an opportunity for sensitization of the tumor cells prior to administering the second component of the therapy.

The team from Cornell is working now to develop a new therapeutic approach to target cancer cells in the bloodstream for the prevention of prostate cancer metastasis, that utilizes circulating leukocytes as a carrier for the apoptosis ligand TRAIL. Once introduced into the bloodstream, E-selectin/TRAIL liposomes attach to the surface of peripheral blood leukocytes, to render these "unnatural killer cells" cytotoxic to circulating cancer cells without affecting blood cell or endothelial cell viability. They previously showed that viable cancer cells can be rapidly cleared from the bloodstream, using liposome-bound TRAIL concentrations that are two orders of magnitude lower than the dosages used in prior human clinical trials of soluble TRAIL protein. More recently, they have found that E-selectin/TRAIL liposomes can completely block metastasis and also shrink primary prostate cancer tumors in mice.


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Une équipe de chercheurs de l'Université Cornell à Ithaca, New York a démontré un mécanisme de livraison de médicaments qui utilise deux véhicules indépendants, permettant la livraison des agents chimiquement et physiquement distincts. Le mécanisme a été utilisé pour offrir une nouvelle thérapie combinée anti-cancer consistant en piperlongumine (PL) et TRAIL pour traiter les cellules cancéreuses de la PC3 et le cancer du HCT116. PL, un médicament à petite molécule hydrophobe, a été encapsulé dans des nanoparticules de poly (acide lactique-co-glycolique) (PLGA),. TRAIL a été conjugué chimiquement à la surface des liposomes à l'échelle nano. PL première a été administrée pour sensibiliser les cellules cancéreuses aux effets de TRAIL. les cellules PC3 et HCT116 ont des taux de survie inférieurs in vitro après avoir reçu le traitement par nanoparticule double par rapport à chaque agent individuel. Les tests in vivo implique un modèle de xénogreffe sous-cutanée de souris en utilisant des souris NOD gamma-SCID et les cellules HCT116. Deux cycles de traitement ont été administrés pendant 48 heures. Les taux d'apoptose plus élevés ont été observés pour les cellules HCT116 tumorales qui ont reçu le traitement par nanoparticule double par rapport aux différentes étapes du traitement de nanoparticules seules. Le rapport apparaît dans le dernier numéro de la revue "Technology".




"Nous avons constaté que TRAIL liposomale est très prometteur pour la destruction des cellules tumorales dans le sang, le système lymphatique, et aussi dans les tumeurs solides», dit Daljit S. et Elaine Sarkaria Professeur Michael R. King, Ph.D., de Cornell Université et auteur principal de l'étude.




Dans ce document, les chercheurs de Cornell décrivent un mécanisme de livraison de médicament basée sur des nanoparticules développé pour une thérapie du cancer de la combinaison. des plates-formes de transfert de nanoparticule ont déjà été recherchées pour une variété de thérapies anticancéreuses. Un certain nombre d'études ont mis l'accent sur les structures et les conceptions de particules complexes visant à améliorer la prestation. Le système du groupe de Cornell utilise une approche différente grâce à l'utilisation d'un double mécanisme de transfert de nanoparticule. Les composants thérapeutiques ont été administrés par des particules séparées par opposition à livrer les agents dans une seule particule. Compte tenu de la nature hydrophobe du sensibilisateur TRAIL, le médicament est encapsulé dans des nanoparticules à base de polymères.




Dans l'étude, des chercheurs ont observé une augmentation du nombre de cellules apoptotiques dans les essais de souris, en conformité avec les résultats observés en laboratoire qui ont démontré une efficacité thérapeutique accrue lors de l'utilisation de la thérapie de nanoparticules en deux étapes par rapport à chacune des étapes de nanoparticules seules. Le système de livraison en ceux étapes de nanoparticules permet un niveau de flexibilité lors de l'administration des deux étapes du traitement, ce qui permet une opportunité pour la sensibilisation des cellules tumorales avant l'administration du second composant de la thérapie.




L'équipe de Cornell travaille maintenant à développer une nouvelle approche thérapeutique pour cibler les cellules cancéreuses dans le sang pour la prévention des métastases du cancer de la , Cette nouvelle approche utilise des leucocytes circulants comme support pour le ligand apoptosique TRAIL. Une fois introduit dans la circulation sanguine, les liposomes E-sélectine / TRAIL se fixent à la surface des leucocytes du sang périphérique, afin de rendre ces «cellules tueuses naturelles» cytotoxique pour les cellules cancéreuses en circulation sans affecter les cellules du sang ou de la viabilité des cellules endothéliales. Ils ont montré précédemment que les cellules cancéreuses viables peuvent être rapidement éliminées de la circulation sanguine, en utilisant des concentrations de liposomes liés à TRAIL  qui sont de deux ordres de grandeur plus faibles que les doses utilisées dans les essais cliniques humains antérieurs de protéine TRAIL soluble. Plus récemment, ils ont trouvé que les liposomes E-sélectine / TRAIL peuvent complètement bloquer les métastases et également réduire les tumeurs cancéreuses de la prostate primaire chez la souris.

Prostate cancer, once it has progressed from its local to metastatic form, is a disease with poor prognosis and limited treatment options. Here we demonstrate an approach using nanoscale liposomes conjugated with E-selectin adhesion protein and Apo2L/TRAIL (TNF-related apoptosis-inducing ligand) apoptosis ligand that attach to the surface of leukocytes and rapidly clear viable cancer cells from circulating blood in the living mouse. For the first time, it is shown that such an approach can be used to prevent the spontaneous formation and growth of metastatic tumors in an orthotopic xenograft model of prostate cancer, by greatly reducing the number of circulating tumor cells. We conclude that the use of circulating leukocytes as a carrier for the anti-cancer protein TRAIL could be an effective tool to directly target circulating tumor cells for the prevention of prostate cancer metastasis, and potentially other cancers that spread through the bloodstream.

Le cancer de la prostate, une fois qu'il a progressé de son emplacement local pour la forme métastatique, est une maladie à un mauvais pronostic et les options de traitement sont limitées. Ici, nous démontrons une approche utilisant des liposomes nanométriques conjugués avec E-sélectine comme protéine d'adhésion et Apo2L / TRAIL (ligand inducteur d'apoptose apparenté au TNF) ligand de l'apoptose qui se fixent à la surface des leucocytes et éliminent rapidement les cellules cancéreuses viables circulant dans le sang de la souris vivante . Pour la première fois, il est montré que cette approche peut être utilisée pour empêcher la formation spontanée et la croissance des tumeurs métastatiques dans un modèle de xénogreffe orthotopique de cancer de la , en réduisant considérablement le nombre de cellules tumorales circulantes. Nous concluons que l'utilisation de leucocytes circulants en tant que support pour l'anti-cancer protéine TRAIL peut être un outil efficace pour cibler directement les cellules tumorales circulantes pour la prévention des métastases du cancer de la prostate, et peut-être d'autres cancers qui se propagent à travers la circulation sanguine.

Many tumors spread: Single cancer cells migrate with blood flow through the body before they settle in new tissue. In this way, metastases may be formed, even after the main tumor was treated successfully. It is difficult to detect cancer cells in the blood at an early stage: About one malignant cell is encountered per billion of healthy cells. Researchers of KIT and the Center for Nanotechnology (CeNTech), Münster, have now developed a clinical method to reliably detect and isolate single cancer cells in blood samples in cooperation with the University Hospital of Hamburg-Eppendorf (UKE).

"Detection of cancer cells in blood in the early stage of a disease is difficult, because concentrations of the cancer cells are extremely small," Harald Fuchs, Section Head of the KIT Institute of Nanotechnology (INT), holder of a chair at the Physical Institute of the University of Münster (WWU), and Scientific Director of the Center for NanoTechnology (CeNTech), Münster, explains. "We are searching for the needles in the haystack." The number of extracted tumor cells allows conclusions to be drawn with respect to the success of therapy and the future course of the disease. Genetic analysis of cells allows therapies to be adapted to the type of cancer to be treated.

"With our method, we reach a very high hit rate: More than 85 percent of the extracted cells really are cancer cells," Michael Hirtz says. His young investigators group of INT is largely involved in the development work. "In addition, we can sample suspicious cells undamaged and study them in more detail." Medical tests of patient blood samples were carried out by the team of Klaus Pantel of the University Hospital of Hamburg-Eppendorf. Moreover, the newly developed method can be transferred to all applications, where rare cells in blood or other body liquids have to be isolated.

The main component of the new method is a microarray platform. By means of polymer pen lithography, a surface is provided with a microscopically small structure using a plastic die. The target cells adhere to these structures. The blood sample to be investigated is injected into a flat microchannel that crosses the platform. As a maximum number of target cells is to contact the array, a fishbone-shaped structure at the top of the channel stirs up the passing liquid. "While the tumor cells dock to the prepared locations according to the key-lock principle, the remaining cells are simply washed away," Hirtz explains the principle. To prevent the arrays, i.e. the locks, from having to be exchanged for every application, the scientists provide all target cells with a general key: The biotin vitamin. In advance, this vitamin couples to the surface of the target cells via specific antibodies.

"Our concept still is in the development phase and, hence, not fully optimized. Its sensitivity, however, partly exceeds that of known standard methods already. In addition, medical fine diagnosis of the cells is facilitated," Harald Fuchs emphasizes. The researchers are now working on a prototype method that can be used at the hospital. For this, they receive funds from the European Research Council under the "Proof of Concept" program.

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De nombreuses tumeurs se répandent: les cellules cancéreuses migrent dans la circulation sanguine à travers le corps avant de s'installer dans de nouveaux tissus. De cette manière, les métastases peuvent être formées, même après que la tumeur principale air été traitée avec succès. Il est difficile de détecter les cellules cancéreuses dans le sang à un stade précoce: Environ une cellule maligne est rencontrée par milliard de cellules saines. Les chercheurs de KIT et le Centre de nanotechnologie (Centech), Münster, ont maintenant développé une méthode clinique pour détecter et isoler les cellules cancéreuses individuelles dans des échantillons de sang en collaboration avec l'hôpital universitaire de Hambourg-Eppendorf (UKE) de manière fiable.

"La détection de cellules cancéreuses dans le sang à un stade précoce de la maladie est difficile, parce que les concentrations des cellules cancéreuses sont extrêmement petites," Harald Fuchs, chef de section de l'Institut KIT de nanotechnologie (INT), titulaire d'une chaire à l'physique Institut de l'Université de Münster (WWU), et directeur scientifique du Centre de nanotechnologie (Centech), Münster, explique. "Nous recherchons les aiguilles dans la botte de foin." Le nombre de cellules tumorales extraites permet de tirer des conclusions par rapport à la réussite de la thérapie et l'évolution future de la maladie. L'analyse génétique de cellules permet d'adapter les traitements pour le type de cancer à traiter.

"Avec notre méthode, nous atteignons un taux de succès très élevé: plus de 85 pour cent des cellules extraites sont vraiment des cellules cancéreuses», explique Michael Hirtz. Son groupe de jeunes INT des enquêteurs est largement impliqué dans le travail de développement. "En outre, nous pouvons obtenir des cellules échantillons suspects en bon état et les étudier plus en détail." Des tests médicaux d'échantillons de sang des patients ont été effectuées par l'équipe de Klaus Pantel de l'hôpital universitaire de Hambourg-Eppendorf. En outre, le procédé nouvellement développé peut être transférée à toutes les applications, où les cellules rares dans le sang ou d'autres liquides corporels doivent être isolés.

La principale composante de la nouvelle méthode est une micro plate-forme. Au moyen d'un stylo de lithographie de polymère, une surface est munie d'une petite structure microscopique en utilisant une matrice plastique. Les cellules cibles adhèrent à ces structures. L'échantillon de sang à étudier est injectée dans un microcanal plat qui traverse la plate-forme. Comme un nombre maximum de cellules cibles est en contact avec le tableau, une structure en forme de chevrons au-dessus du canal attire le liquide pour qu'il passe. "Pendant que les cellules tumorales s'Accrochent aux emplacements préparés selon le principe clé-serrure, les cellules restantes sont simplement éliminées par lavage," Hirtz explique le principe. Pour éviter que les tableaux, à savoir les verrous, d'avoir à être changés pour chaque application, les scientifiques fournissent toutes les cellules cibles avec une clé générale: La vitamine biotine. À l'avance, cette vitamine est couplé à la surface des cellules cibles par l'intermédiaire d'anticorps spécifiques.

«Notre concept est encore en phase de développement et, par conséquent, pas entièrement optimisé. Sa sensibilité, cependant, dépasse en partie celle des procédés classiques connus déjà. En outre, le diagnostic médical des cellules est facilité», souligne Harald Fuchs. Les chercheurs travaillent actuellement sur une méthode de prototype qui peut être utilisé à l'hôpital. Pour cela, ils reçoivent des fonds du Conseil européen de la recherche dans le cadre du programme "Proof of Concept".

Researchers have for the first time developed a technique that coats anticancer drugs in membranes made from a patient's own platelets, allowing the drugs to last longer in the body and attack both primary cancer tumors and the circulating tumor cells that can cause a cancer to metastasize. The work was tested successfully in an animal model.

"There are two key advantages to using platelet membranes to coat anticancer drugs," says Zhen Gu, corresponding author of a paper on the work and an assistant professor in the joint biomedical engineering program at North Carolina State University and the University of North Carolina at Chapel Hill. "First, the surface of cancer cells has an affinity for platelets -- they stick to each other. Second, because the platelets come from the patient's own body, the drug carriers aren't identified as foreign objects, so last longer in the bloodstream."

"This combination of features means that the drugs can not only attack the main tumor site, but are more likely to find and attach themselves to tumor cells circulating in the bloodstream -- essentially attacking new tumors before they start," says Quanyin Hu, lead author of the paper and a Ph.D. student in the joint biomedical engineering program.

Here's how the process works. Blood is taken from a patient -- a lab mouse in the case of this research -- and the platelets are collected from that blood. The isolated platelets are treated to extract the platelet membranes, which are then placed in a solution with a nanoscale gel containing the anticancer drug doxorubicin (Dox), which attacks the nucleus of a cancer cell. The solution is compressed, forcing the gel through the membranes and creating nanoscale spheres made up of platelet membranes with Dox-gel cores. These spheres are then treated so that their surfaces are coated with the anticancer drug TRAIL, which is most effective at attacking the cell membranes of cancer cells.

When released into a patient's bloodstream, these pseudo-platelets can circulate for up to 30 hours -- as compared to approximately six hours for the nanoscale vehicles without the coating.

When one of the pseudo-platelets comes into contact with a tumor, three things happen more or less at the same time. First, the P-Selectin proteins on the platelet membrane bind to the CD44 proteins on the surface of the cancer cell, locking it into place. Second, the TRAIL on the pseudo-platelet's surface attacks the cancer cell membrane. Third, the nanoscale pseudo-platelet is effectively swallowed by the larger cancer cell. The acidic environment inside the cancer cell then begins to break apart the pseudo-platelet -- freeing the Dox to attack the cancer cell's nucleus.

In a study using mice, the researchers found that using Dox and TRAIL in the pseudo-platelet drug delivery system was significantly more effective against large tumors and circulating tumor cells than using Dox and TRAIL in a nano-gel delivery system without the platelet membrane.

"We'd like to do additional pre-clinical testing on this technique," Gu says. "And we think it could be used to deliver other drugs, such as those targeting cardiovascular disease, in which the platelet membrane could help us target relevant sites in the body."


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Les chercheurs ont pour la première fois mis au point une technique qui enduit les médicaments anticancéreux de membranes à base des propres plaquettes d'un patient, permettant aux médicaments de durer plus longtemps dans le corps et d'attaquer les tumeurs cancéreuses primaires et les cellules tumorales circulantes qui peuvent causer un cancer à métastases. Le travail a été testé avec succès dans un modèle animal.

"Il ya deux principaux avantages à l'utilisation de membranes de plaquettes pour enduire les médicaments anticancéreux», dit Zhen Gu, auteur d'un document sur le travail et un professeur assistant dans le programme de génie biomédical joint à l'Université d'État de Caroline du Nord et de l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill. "Tout d'abord, la surface des cellules cancéreuses a une affinité pour les plaquettes - ils collent les unes aux autres Deuxièmement, parce que les plaquettes proviennent du corps du patient, les supports de médicaments ne sont pas identifiés comme des objets étrangers, donc restent plus longtemps dans la circulation sanguine. ».

"Cette combinaison de caractéristiques signifie que les médicaments peuvent non seulement attaquer le site de la tumeur principale, mais sont plus susceptibles de trouver et de se fixer aux cellules tumorales circulant dans le sang - essentiellement attaquer de nouvelles tumeurs avant qu'elles ne commencent," dit QuanYin Hu.

Voilà comment le processus fonctionne. Le sang est prélevé sur un patient - une souris de laboratoire, dans le cas de cette recherche - et les plaquettes sont recueillies à partir de ce sang. Les plaquettes isolées sont traités pour en extraire les membranes de plaquettes, qui sont ensuite placées dans une solution avec un gel contenant de la doxorubicine à l'échelle nanométrique un médicament anticancéreux (Dox), qui attaque le noyau d'une cellule cancéreuse. La solution est comprimé, ce qui oblige le gel à travers les membranes et crée des sphères à l'échelle nanométrique constituées de membranes plaquettaires avec des noyaux Dox-gel. Ces sphères sont ensuite traitées de sorte que leurs surfaces sont revêtues avec le médicament anticancéreux TRAIL, qui est le plus efficace pour attaquer les membranes cellulaires des cellules cancéreuses.

Lorsqu'il est libéré dans la circulation sanguine d'un patient, ces pseudo-plaquettes peuvent circuler jusqu'à 30 heures - par rapport à environ six heures pour les véhicules à l'échelle nanométrique sans revêtement.

Lorsque l'un des pseudo-plaquettes entre en contact avec une tumeur, trois choses se produisent plus ou moins en même temps. Tout d'abord, les protéines P-sélectine sur la membrane plaquettaire se lient aux protéines CD44 sur la surface de la cellule cancéreuse, et se verrouillent en place. Deuxièmement, le TRAIL sur la surface de la pseudo-plaquettaire attaque la membrane des cellules cancéreuses. En troisième lieu, la pseudo-plaquettaire à l'échelle nanométrique est effectivement avalé par la cellule cancéreuse plus grande. L'environnement acide à l'intérieur de la cellule cancéreuse commence alors à briser le pseudo-plaquettaire - libérer le Dox pour attaquer le noyau de la cellule cancéreuse.

Dans une étude utilisant des souris, les chercheurs ont constaté que l'utilisation de Dox et TRAIL dans le système de délivrance de médicaments pseudo-plaquettaire était significativement plus efficace contre les grosses tumeurs et des cellules tumorales circulantes que d'utiliser Dox et TRAIL dans un système de livraison nano-gel sans la membrane plaquettaire.

"Nous aimerions faire des tests pré-cliniques supplémentaires sur cette technique," dit Gu. "Et nous pensons qu'il pourrait être utilisé pour fournir d'autres médicaments, tels que ceux ciblant les maladies cardiovasculaires, dans lequel la membrane plaquettaire pourrait nous aider à cibler les sites pertinents dans le corps."

(Sep. 19, 2011) — A team of researchers at UC Santa Barbara has developed a breakthrough technology that can be used to discriminate cancerous prostate cells in bodily fluids from those that are healthy

Une équipe de chercheurs de UC Santa Barbara a développé une technologie révolutionnaire qui peut être utilisé pour discriminer les cellules cancéreuses de la prostate dans les fluides corporels de celles qui sont saines.

The findings are published this week in the Proceedings of the National Academy of Sciences.

Les résultats sont publiés cette semaine

While the new technology is years away from use in a clinical setting, the researchers are nonetheless confident that it will be useful in developing a microdevice that will help in understanding when prostate cancer will metastasize, or spread to other parts of the body.

Même si cette technologie est encore à des années d'une utilisation clinique, les chercheurs sont néammoins confiants qu'elle sera utile dans le développement de micros appareils qui aideront à comprendre quand le cancer de la se répand à d'autres parties du corps.

Publié le lundi 03 janvier 2011 à 21H00


(Relaxnews) - Veridex, une unité du groupe américain Johnson & Johnson, a annoncé, lundi 3 janvier, la signature d'un accord avec l'Hôpital Général du Massachusetts (Etats-Unis) pour le développement et la commercialisation d'une nouvelle génération de tests permettant de détecter les cellules tumorales dites "circulantes" directement dans le sang des patients. Ces tests sanguins seront utilisés par les oncologues comme outils de diagnostic, mais également par les chercheurs pour accélérer la découverte et le développement de médicaments contre le cancer.



"Cette nouvelle technologie a le potentiel pour fournir un test sanguin non invasif facile à administrer pour permettre de dépister les cellules tumorales et de déterminer la biologie des cellules. Exploiter les informations contenues dans ces cellules, in vitro, pourrait faciliter la sélection des traitements et permettre de contrôler la réaction des patients", explique Robert McCormack, responsable de l'innovation technologique chez Veridex.

(Jan. 28, 2008) — A tiny, implantable device has pulled adult stem cells out of a living rat with a far greater purity than any present technique.
The test of the device designed by Michael R. King, associate professor of biomedical engineering at the University of Rochester, will be reported in the March 3 issue of the British Journal of Haematology.

Un petit appareil implantable a tiré des cellules souches adultes d'un rat vivant.

"It's the kind of research that, before we tried it, we never would have expected such a remarkable result straight out of the gate," says King. "We're finding we can play off the hydrodynamics of moving blood to isolate and manipulate specific cell populations with great efficiency."
King is at the forefront of a new field; manipulating stem cells, white blood cells, and even cancer cells by exploiting the mechanics of the cells' movement with such precision that he is having success capturing and even reprogramming several cell types as they pass through the device, he says.

"C'est la sorte de recherche que avant que nous l'essayions, nous n'espérions pas de si remarquables résultats. Nous avons découvert que nous pouvons jouer la dynamique des liquides comme le sang qui sont en mouvement pour isoler et manipuler des populations de cellules spécifiques avec grande efficacité." dit King

A chance encounter between an engineer and a hematology clinician gave rise to the field in 2002. King was studying how certain white blood cells, called neutrophils, know how to migrate to a point of infection. He observed how, near an injury site, the walls of the nearby blood vessels expressed an adhesive protein called a selectin, and if passing neutrophils brushed against these selectins, they stuck to the vessel wall.

Un rencontre entre un ingénieur et un hématologiste clinicien a donné lieu à ce champs de recherche en 2002. King étudiait comment certaines cellules souches blanches appelées neutrophiles migraient vers un point D'infection. Il observait comment, près du site du blessure, les parois d'un vaisseau sanguin exprimaient une protéine adhésive appelé selectine et comment, les neutrophiles passant près de ces selectines elles collent aux parois des vaisseaux.

But the cells did not remain stuck—they rolled. With a precise balance between the adhesion of the selectins and the forces of the flowing bloodstream, the cells could move much more slowly as they approached the infection site. With that slowed pace, the cell can look for a second signal on the vessel wall that tells the cell to exit the vessel by squeezing between cells in the wall and moving directly to the site of infection.
One reason the system is so effective is that only the neutrophils respond to those selectins, so only neutrophils slow down in the blood.

Mais les cellules ne restent pas collées elles roulent. Avec un équilibre précis entre l'adhésion des selectines et les forces des courants sanguins, les cellules pourraient se déplacer plus lentement comme elles approchent de l'infection. Avec ce ralentissement, les cellules peuvent attendre un second signal sur la paroi des vaisseaux qui dit aux cellules de sortir des vaisseaux en se faufilant entre les cellules de la paroi et en se dirigeant directement au site de l'infection. Une raison pourquoi le système est si efficace c'est que c'est seulement les neutrophiles qui répondent aux sélectines, ainsi c'est seulement les neutrophiles qui ralentissent dans le sang.

King was working out the physical dynamics of this neutrophil rolling in his office one day when Jane Liesveld, a hematology clinician doing work on bone marrow stem cells at the University of Rochester, walked by and noticed a poster of King's work in the hallway outside his office.
"She dropped in and said, 'I have a pretty plentiful source of primary stem cells from patients. Can you think of any biophysical research to do with that?'" says King. "The stem cell angle just fell from the sky."

As King worked with Liesveld he found that the basic rolling mechanism was the foundation of a number of other processes, including stem cell transplantation—a natural phenomenon where stem cells move in and out of bone tissue via the blood. In 2004, he found that he could coat a material with specific adhesive selectins and capture living stem cells. This collaboration resulted in two human stem cell papers published just within the last month: in Biotechnology Progress (Charles et al., 2007) and Clinical Chemistry (Narasipura et al., 2007).

Il a découvert qu'il pouvait enduire un matériau avec des sélectines spécifiques et capturer  des cellules souches vivantes.

In the new British Journal of Haematology paper, King and colleagues show they can take the process a step further by implanting the device in a living rat with the selectin coating remaining active for 1-2 hours. When the tube was removed, King found he'd indeed captured cells straight out of the bloodstream, including contaminants—non-stem cells—as expected. What he didn't expect was how many of the cells were viable stem cells.
"I was astounded," says King. "More than 25 percent of the sample was stem cells. It's amazing because even when you use drugs to increase the number of free stem cells in the blood, they still only make up less than 1 percent of all cells. If you use traditional methods to collect stem cells, centrifuging the rat's blood, even in these drug-treated rats you might get 3 or 4 percent stem cells—meaning only 3 or 4 percent of the cells you obtain are stem cells."

J'étais étonné parce plus de 25% de l'exemple était des cellules souches. C'est étrange parce que même quand vous utilisez des médicaments pour augmenter le nombre de cellules souches dans le sang, elles font moins que 1% des cellules du sang.

King points out that centrifugal methods currently produce an overall higher stem cell yield because they start with far more blood material, but he believes his microscale device can be scaled up to significantly larger capacity.

King is even more enthusiastic about his work in reprogramming cells that pass through his device. As the cell rolls across the adhesive surface, it can be forced to contact other proteins on the surface. King says these proteins can be designed to steer a stem cell's development, forcing it to become a specific type of blood, bone, or muscle cell.

King est enthousiaste à propos de son travail en reprogrammation des cellules qui passent au travers de son appareil. Comme les cellules roulent à travers la surface adhésive, elles peuvent être mises en contact avec d'autres protéines qui les reprogramment.

King hopes someday an implantable device could continuously reprogram errant neutrophils, but he is already hard at work on a device that holds the same promise for cancerous cells.

King espère un jour avoir un appareil implantable qui pourrait reprogrammer en continu des neutrophiles errantes mais il travaille déja très dur pour avoir un appareil qui ferait la même chose pour les cellules cancéreuses.

Cancer cells use the same rolling mechanism to travel around the body and lodge in interstitial tissue, so King has already focused on isolating the selectins that cancer cells respond to. His lab is working to create a microscale tube that might attract cancer cells and use "permanent" receptor-mediated triggering proteins to reprogram them to self-destruct. With his microscale tube device, King has already verified that he can control the rolling adhesion of various types of cancer cells, including leukemias, prostate, retinoblastoma, and colorectal cancer cells.
"One of our ultimate goals is to develop an implantable device that will selectively remove metastatic cells from the blood," says King. "Those cells can predate detectable tumors by years, so we might catch them before they become dangerous."

Les cellules cancéreuses utilisent le même mécanisme de roulement pour voyager à travers le corps et pour se loger dans les interstices des tissus, aussi King veut isoler des sélectines qui répondent aux cellules cancéreuses. Son laboratoire travaille à un tube à l'échelle microscopique qui pourraient attirer les cellules cancéreuses et les reprogrammer pour qu'elles s'auto-détruisent. King a déja vérifier qu'il peut controler l'adhésion pour les cellules cancéreuses du de la du et de d'autres cancers.Un de ses buts ultimes est de développer un appareil implantable qui enlèveraient sélectivement les celllules métastasiques du sang." Les cellules qui peuvent devenir dangereuses au bout de quelques années seraient ainsi enlevées.