HNSCC がん患者における循環腫瘍細胞の 3D 培養モデルと分子生物学的検定を組み合わせた使用

驚くべきことに、世界保健機関 (WHO) の統計データによると、2008 年の死亡者数は 760 万人 (全死亡の約 13%) を占め、がんは世界中で主な死因となっています。 WHOはまた、2030年には世界中で1,200万人が癌で死亡すると推定しています。 英国では毎年 285,000 人以上ががんと診断されており、現在の推定では 3 人に 1 人以上が生涯のある時点で何らかのがんを発症することになります。 台湾衛生局の統計データによると、台湾ではがんが台湾国民の主な死因の一つとなっています。 がん患者のケアと治療に関連する費用は高額であり、がん患者の家族にとっては負担となっています。 したがって、がんは人命にとって大きな脅威であるだけでなく、社会と国民の健康にも深刻な影響を及ぼします。 したがって、がんとの闘いは生物医学研究における優先課題の 1 つです。 がんは、体のあらゆる部分に影響を与える可能性のある一連の病気の総称です。 使用される他の用語は、悪性腫瘍および新生物です。 がんの決定的な特徴の 1 つは、通常の境界を超えて増殖する異常細胞が急速に生成され、その後、体の隣接部分に侵入して他の臓器に広がる可能性があることです。 このプロセスは転移と呼ばれます。 原発がんは、正常細胞が腫瘍細胞に最初に変換される部位に存在する腫瘍塊です。 すべての細胞が原発腫瘍内に残っている場合、癌は臨床的にほとんど重要ではないでしょう。 腫瘍の成長により周囲の組織に圧力がかかりますが、明確に定義された腫瘍塊は手術によって簡単かつ永久的な方法で切除することができます。 それにもかかわらず、腫瘍細胞は常に原発部位に留まるわけではなく、次の 2 つのプロセスのいずれかによって遠ざかります。(a) 浸潤、または他の組織が占める隣接空間への細胞の移動。 (b) 転移、通常は血流、リンパ系、または体腔を介して、原発腫瘍に直接隣接していない領域への細胞の広がり。 転移は通常、いくつかの段階で起こります: (c) 原発腫瘍からの細胞の剥離、(2) リンパ管または血管への腫瘍細胞の浸透および移動、(3) 離れた臓器の血管への腫瘍細胞の留まり、(d) ）血管壁を通した二次部位の組織への腫瘍細胞の浸潤、（ｅ）二次部位における二次腫瘍の増殖。 がんの転移は、がんによる死亡の主な原因です。

循環腫瘍細胞 (CTC) は、1869 年以来記録されている末梢血中に存在する希少な細胞種です。 循環系における CTC の存在が癌の転移と関連していることはよく知られています。 CTC の基礎研究は、がん転移、がん関連遺伝子変異[8]、またはバイオマーカーの発見の根底にある分子機構に関する生物学的洞察を探る多大な可能性を秘めており、科学者による将来のがん治療のための新しい治療法開発を促進および加速する可能性があります。 。 さらに、血液循環中の CTC はがんの進行または再発の主な原因であると考えられており、したがってがん治療の明らかな標的となっています。 いくつかの新たな研究では、CTC が新薬開発や治療レジメンの選択に利用できるリアルタイムの腫瘍生検となり得ることが示されており、それによって治療に対する CTC の薬力学や臨床応答をそれぞれ確立することができます。 後者の臨床的有用性については、化学療法に対する CTC の反応（例: 薬物感受性または耐性）は、個別化されたがん化学療法の指針として使用できるだけでなく、長期的な治療効果、疾患の再発、および CTC の生物学的特性の変化をリアルタイムかつ非侵襲的な方法でモニタリングするための臨床的に重要な指標となり得ます。 。 これにより、がん治療の各段階を通じて治療計画を調整するための予測情報が得られます。 しかし、研究者の知る限り、CTC の使用は主に、血液単核球 105 ～ 107 個あたり 1 CTC というおおよその濃度という希少性のために制限されており、そのような希少性の性質により検出と単離の両方が困難になっています。 さらに、十分な数のそれらを単離できる技術の利用可能性によって、研究者の生物学的または化学物理的特性の理解は制限されています。 単離された CTC の量は、多くの詳細な分子および機能実験の最低サンプル限界に達するには少なすぎます。 低い回復率に起因するこれらの要因により、CTC の臨床使用が遅れます。 現在の CTC 分離法の限界にもかかわらず、乳がん、前立腺がん、肺がん、結腸がんなどの上皮がんの大部分で循環がん細胞が検出されています。 転移性病変のある患者は、血液中に CTC が検出される傾向があります。ただし、これらは一部の局所的ながんでも報告されています。 したがって、CTC の特性および遠隔転移のメカニズムをさらに詳細に研究するには、高純度の分離された CTC の信頼できる高い回収率を開発することが現在最も困難かつ重要です。

精密医療は、個人の腫瘍のゲノム特性に基づいて、各患者の疾患に最適な治療法を特定する比較的新しい戦略です。このアプローチには大きな期待が寄せられていますが、個々の腫瘍細胞の複雑な遺伝的およびエピジェネティックなプロファイルにより、このアプローチは困難になっています。 。 治療反応を予測する別のアプローチは、薬物スクリーニング研究で確立された二次元 (2D) モデルで患者からの腫瘍細胞を直接テストすることでした。 吉井らによる最近の研究では、三次元（3D）培養条件の方が、2D細胞培養よりも生体内での腫瘍の増殖条件をより反映している可能性があることが示された。 これを調査するために、我々は以前に HNSCC の 3D 培養モデルを確立し、2D 培養および in vivo 腫瘍モデルと比較しました。

患者由来異種移植片 (PDX) は、2D スクリーニング研究の限界を克服するために薬物スクリーニング研究に広く使用されています。 ただし、PDX モデルにはいくつかの制限もあります。これには、ヌードマウスにおける癌の低い生着率、2 人のヒトとマウスの間の薬物動態の顕著な違い、PDX での薬物スクリーニング研究に必要な長い時間 (4 ～ 8 か月) などが含まれます。 最近、3D 細胞培養モデルが薬物スクリーニング研究やバイオマーカー分析に使用されています。 患者組織由来の腫瘍の 2D 培養物から細胞株を樹立する成功率は低く、選択された腫瘍細胞のみが 2D 環境で生存でき、これが元の腫瘍からの腫瘍の不均一性の変化に反映されている可能性があります。 さらに、長期培養により遺伝子変化が選択される可能性があることはよく知られています。 確立された 2D 細胞株に由来する 3D 培養モデルのほとんどは元の腫瘍の表現型を維持していないため、がん幹細胞を含む患者のがん組織から直接 3D がんオルガノイド培養物を開発すると、がん幹細胞由来のものよりも患者の腫瘍の特徴をよりよく再現できます。以前に 2D 培養物として継代された細胞。 さまざまな種類の癌で癌オルガノイドを生成する方法が公開されていますが、HNSCC 癌オルガノイドの確立は試みられていません。 したがって、研究者らは、HNSCC がんオルガノイド モデルを開発し、その特性を特徴付け、元のモデルの特徴と比較することに興味を持っていました。

Cancer Tissue-Originated Spheroids (CTOS) 法は、近藤らによって報告されたがんオルガノイド株を樹立する技術です。結腸がん、肺がん、膀胱がんにおいて高い確立された率を示しました。 この方法では、得られた細胞株を培養し、オルガノイドとして維持します。 オルガノイドは、元の腫瘍と同じ組織学的特徴を維持する能力を持っています。 さらに、癌幹細胞の集団は元の腫瘍株とオルガノイド株の間で非常に類似しており、CTOS 法が元の腫瘍の特徴を再現できることを示しています。 この提案では、研究者らは、HNSCC オルガノイドの確立と特性評価の実現可能性、および薬物スクリーニングと試験のモデルとしてのこれらの細胞株の有用性を評価することを試みています。