国際的な研究者チームが音波を用い、血液サンプルから循環腫瘍細胞を臨床使用に迅速かつ効率的に分離する、穏やかで非接触の方法を開発した。
循環腫瘍細胞（CTC）は、血流に漏れ出して流れる腫瘍の一部である。腫瘍の種類、身体的特徴、遺伝的変異など、豊富な情報が含まれている。
これらの細胞を血液サンプルから迅速かつ効率的に採取して増殖させることにより、個々のCTCプロファイリングに基づいた治療戦略のための強力な診断、予後および示唆を提供することができる「液体生検」が可能になる。しかし、CTCは非常に希少であり、捕らえるのが難しい。通常、患者の静脈を通っている数十億の血液細胞当たりほんの少数存在するのみである。また、腫瘍細胞を正常な血液細胞から分離するために設計された多くの技術があるが、いずれも完全ではない。それらは、処理中の細胞を損傷または殺してしまう傾向があり、効率が不十分であり、特定のタイプの癌にのみ作用するか、または多くの状況で使用するのに時間が長すぎる。
新研究では、1時間以内に7.5mLバイアルの血液からCTCを少なくとも86％の効率で分離することができる音波を利用したプラットフォームを、デューク大学、MIT、および南洋理工大学（シンガポール）の研究者が実証した。 さらに改良された技術により、安価で使い捨てのチップを使い新たにテストすることが期待されている。この結果は、2018年7月3日にオンラインで the journal Smallに掲載された。 この記事は、「ハイスループット音響分離による循環腫瘍細胞の表現型解析（Circulating Tumor Cell Phenotyping via High‐Throughput Acoustic Separation.）」と題されている。
毎年がんで世界中の何百万人もの人々の命が奪われており、研究者たちはがんの診断、予後、治療のためのより良いツールを探し続けている」「生検はがん診断のための標準的な技術である。しかし、それは痛みを伴い、侵襲的であり、がん後期まで実施されないことが多い。循環型腫瘍細胞分離技術を用いて、非侵襲的に、どの段階にあるのか、どの薬が最も効果があるのか - 患者から採取された少量の血液から、すべてのことが判る。」とTony Jun Huang 博士（デューク大学の機械工学・材料科学 教授）は語った。
この技術は、小さな流路を流れる流体に対して一定の角度で定在する音波を設定することにより機能する。音は圧力波以外の何物でもないので、液体の中に浮遊している粒子を押し出す圧力ポケットを設定する。この音響力は、正常な血液細胞よりも大きく、より硬い癌細胞に対してより強く作用し、CTCを回収のための別個の流路に押しやる。音波の強度および周波数は、多くの医療処置において安全に使用される超音波イメージングに使用されているものと同じである。各細胞はわずか数秒のみ音響波を受けるだけで、ラベリングや表面改質を必要としないため、CTCの損傷のリスクはさらに低減され、CTCの機能とネイティブ状態を維持する上で、この技術は最良の選択になる。 このアプローチは、3年前に初めて実証され、以来、臨床現場で有用となるように改善されてきた。 その結果、86％の効率や他の多くの利点を犠牲にすることなく、元の7倍の速度の7.5mL / hourの速度で流体を処理する試作装置を完成した。
デューク大学医学部の助教授であるAndrew Armstrong 博士は、「この分離方法の最大の利点は循環腫瘍細胞に非常に優しいことである。がん細胞はチップを通過した後でも生存可能であり、特徴付け、培養、またはプロファイリングが可能であり、遺伝子タイピングや表現型解析を行いて、回収したがん細胞を死滅させる方法をよりよく理解することができる。このアイデアは、感染症の医師が細菌培養や抗生物質と同様に、がんの生物学に基づいて個々の患者に個別の薬のアプローチを開発することである。」と語った。
この論文では、前立腺癌患者からCTCを採取し、マーカーと短期間の成長特性を適切にプロファイリングする技術をArmstrong博士は示した。研究者らは、患者からのCTCが、画像化および前立腺癌を標的とするために一般的に使用される前立腺特異的膜抗原（PSMA）のような、治療のための重要な標的の発現において幅広く変化することを実証している。
Huang 博士は、スピードと効率の両方を向上させる技術の開発を続けているが、Armstrong博士は、臨床的影響の可能性を示すために、数多くの培養プロジェクトやプロファイリングプロジェクトで技術の実現可能性を確立するよう努めている。 このペアはまた、CTCが血流中で生き残り、転移することを理解するための作業など、さまざまな研究プロジェクトでこの技術を使用している。
「FDAが認定した唯一のCTC検出技術は、CTCの基本的なキャラクタリゼーションを数えて実行することができるが、基本的に細胞を死滅させるため、体外でCTCを増殖させることはできない。まだ生きている間にこれらの細胞に到達することができれば、それらを培養したり体外でプロファイリングして、薬物感受性や遺伝学的検査を行うことで治療法をよりよく知ることができるだろう。」とArmstrong 博士は語った。
【BioQuick News：Sound Waves for Liquid Biopsies—Acoustic Microfluidic Platform Separates Circulating Tumor Cells (CTCs) from Blood Samples】
