微血管旁的肿瘤行为需要单独测量

胶质母细胞瘤细胞可沿血管周围结构侵入脑组织。研究药物干预时,单看二维培养中的增殖,难以反映肿瘤细胞与血管接触后的停留和迁移。耶鲁大学(Yale University)等美国机构的团队在 Advanced Science 报道,将患者来源肿瘤细胞纳入可灌流微血管芯片,直接观察这些行为。

研究重点是血管旁生态位能否在体外保留患者间的差异。作者提出,这类模型可为评价阻断肿瘤细胞利用血管迁移的干预提供基础,论文实际完成的是定位、迁移和转录特征比较。

人内皮微血管与患者来源肿瘤细胞共同培养

芯片中央区室放置含人脐静脉内皮细胞的纤维蛋白凝胶,两侧通道提供培养液。内皮细胞逐渐形成相连的管腔,研究再通过连接蛋白、基底膜成分、示踪物通透和微球通过情况检查微血管质量。模型未加入血管周细胞,也不是完整的血脑屏障。 第 6 天,70 kDa 葡聚糖测得的通透系数为(1.91±0.45)×10⁻⁶ cm/s,来自 2 个独立芯片的 4 个区域。作者指出,缺少周细胞等壁细胞的内皮微血管仍较易渗漏。

团队先用患者来源的 GS5 脑肿瘤干样细胞与常用 U87 胶质瘤细胞系比较。到第 7 天,GS5 更常分布在微血管及其分叉附近,而 U87 在凝胶中的分布较随机,微血管也持续重塑。两组肿瘤与血管荧光信号的 Pearson 相关系数分别为 0.44 ± 0.02 和 −0.03 ± 0.02,对应 11 项与 10 项图像测量。

这些系数衡量图像中的共定位。扫描电镜及共聚焦观察显示,部分肿瘤细胞附着并铺展在血管表面;研究未观察到它们穿过血管壁进入管腔,也未观察到向血管细胞转分化。

GS5 与 U87 胶质瘤细胞在微血管模型中的分布及共定位比较。

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GS5 与 U87 胶质瘤细胞在微血管模型中的分布及共定位比较。(Xiao Yang et al. / Advanced Science, 2019, Fig. 2;CC BY 4.0)

同样靠近血管,细胞可以停留,也可以沿管迁移

活细胞成像从接种后第 2 天开始,连续跟踪 20 小时。研究按细胞与最近微血管的距离分为直接贴附、距离小于 50 微米,以及距离至少 50 微米三类,分别计算运动轨迹与位移。

血管附近的细胞呈现两类行为:一部分圆形细胞迁移较少,另一部分紧贴血管或沿血管移动,反而具有较高迁移能力。距离稍近但未直接接触血管的组,平均位移最低;直接贴附组的运动能力最高可达其约 5 倍。血管旁区域因此同时容纳停留细胞和活动较强的细胞,单一平均速度难以说明全部行为。

10 位患者样本的定位差异,与转录特征分别比较

除 GS5 外,团队另外检测 9 位患者来源细胞,总计 10 位,均来自 IDH 野生型胶质母细胞瘤。不同样本与微血管共定位的程度明显不同。研究还对这 10 份样本进行 26 批单细胞测序,质控后得到 21,750 个细胞,用于分析肿瘤内及患者间的表达差异。

间质型、前神经型及干样细胞比例与共定位呈轻度正相关趋势,但这些比例分析均未达到统计显著。按患者效应调整的单基因分析则发现,PDGFRA、C1GALT1、THY1 和 MKI67 的平均表达与共定位有关。VEGFA 在多数患者样本间没有显著差别,也未与共定位系数相关。

作者据此提出,细胞与内皮信号及血管表面基质的相互作用,可能参与它们的血管旁定位。不同患者的分子背景与实际行为需要共同测量;本研究未检验某种靶向药能否改变定位,也未验证模型对患者临床疗效的预测能力。

来源与延伸阅读

  1. Ex vivo Dynamics of Human Glioblastoma Cells in a Microvasculature‐on‐a‐Chip System Correlates with Tumor Heterogeneity and Subtypes. Advanced Science. 2019. doi:10.1002/advs.201801531 ↗