Girl with cancer looks at doctor

Ny teknologi udviklet på DTU finder skjulte kræftceller

fredag 15 okt 21

Kontakt

Erwin Schoof
Lektor
DTU Bioengineering
45 25 86 10

Nye teknologier gør det muligt for forskere at finde skjulte kræftceller igennem analyse af proteiner i enkelte celler.

Forskere fra DTU og Københavns Universitet er de første til at vise, at proteinanalyse på enkeltcelleniveau i en tumorprøve fra en patient med akut myeloid leukæmi kan bruges til at opdage kræftstamceller, der undslipper kemoterapi. Den teknologi, forskerne har udviklet, kan også anvendes til bioteknologisk produktion, hvor den kan give ny indsigt på enkeltcelleniveau, som igen kan bruges til at forbedre cellelinjers produktionskapacitet.   

AML (akut myeloid leukæmi) er en kræftform i blodet, der omdanner de normale stamceller i knoglemarven, til kræftstamceller, og at modningen af cellerne stopper for tidligt. Disse umodne celler ophobes hurtigt i knoglemarven og fortrænger de normale celler. Dette fører til alvorlig mangel på normalt fungerende celler i blodet. AML er en meget aggressiv kræftform, og behandlingen består af intensiv kemoterapi, som i mange tilfælde kan minimere mængden af umodne, syge celler i knoglemarven til under 5 %. Dette er et tegn på, at sygdommen er i ro og ikke længere kan påvises ved mikroskopisk undersøgelse af knoglemarven, og patienten betragtes som helbredt. Men selv om sygdommen ikke kan påvises klinisk, kan der stadig være kræftstamceller til stede i knoglemarven. Da der sker tilbagefald hos ca. 50 % af patienterne, og kun 22 % overlever fem år efter sygdommens indtræden, er dette en reel trussel mod fuldstændig helbredelse. 

Analyse af kræft på enkeltcelleniveau

Forskere på DTU og Københavns Universitet besluttede derfor at gå et niveau længere ned og undersøge kræftprøver på enkeltcelleniveau. Via en række optimeringer kan de studere enkeltcellers proteomer uden behov for forudgående berigelse af prøven. Proteomet er den totale proteinmængde i en celle. 
Celleproteinerne er cellens arbejdsheste, og en analyse af proteomet giver derfor en stor mængde oplysninger om cellens funktion og viser også et overblik over cellens tilstand på det molekylære niveau. Det er netop denne kortlægning, af proteinerne, som nu gør det muligt for forskerne at skelne mellem celletyper udelukkende på baggrund af data om proteinerne og afsløre de kræftstamceller, der generelt er i ro.  

 ”Vi går målrettet efter at finde disse leukæmistamceller, der er i ro, men problemet er, at de udgør en meget lille del – mindre end 1 % af tumorprøverne. Med standardmetoden til undersøgelse af kræft, hvor der foretages massespektrometrianalyse på store mængder tumorprøver, opdager man ikke disse meget små cellepopulationer. 
Nu har vi for første gang mulighed for at forstå proteinerne, og hvad der går galt med proteinsignalnetværkene i de kræftceller, der undslipper behandling,” siger lektor Erwin Schoof, der er leder af Proteomplatformen på DTU Bioengineering, og som stod i spidsen for undersøgelsen. 

Undersøgelsen viser, at proteomer på enkeltcelleniveau er klar til at blive brugt til at besvare samme spørgsmål som de nuværende transkriptombaserede metoder (dvs. RNA-metoder), men med den ekstra fordel, at de også giver oplysninger om den faktiske proteinekspression i de ellers skjulte kræftceller. Noget som de nuværende teknologier, hvor der bruges store mængder celler, ikke kan. 

Bedre bioteknologisk produktion

Den underliggende teknologi gør det også muligt for forskerne at forstå andre cellesystemer i f.eks. forskellige kræftformer, og det kan bruges til at give ny indsigt i bioteknologiske produktionssystemer. Teknologien kan eksempelvis afsløre, hvilke cellepopulationer der er gode producenter, og hvilke der ikke er, og dermed identificere cellemarkører, som kan hjælpe med at udvælge disse meget produktive celler.

Ny software udviklet

Normalt består analyserne af to betingelser, nemlig kræft og ingen kræft, for eksempel sammenligning af en gruppe kræftprøver med en gruppe prøver uden kræft. 
Med enkeltcelletilgangen vil der nu være titusinder af celler i hver klinisk prøve, der hver især vil have en lang liste af proteiner og deres ekspressionsniveauer. Kompleksiteten er så stor, at forskerne var nødt til at opfinde ny software - SCeptre, der kunne hjælpe med at analysere og visualisere dataene for dem. Erwin Schoof fortsætter:
”Vi kan spørge SCeptre, hvilke proteiner der er forskellige fra cellepopulation til cellepopulation. Det vil fortælle os, hvor hver celle er placeret i deres respektive differentieringshierarkier, dvs. hvilket udviklingsstadie den befinder sig på, og hvad dens potentielle terapeutiske mål er. Da softwaren også visualiserer dataene, bliver det meget mere intuitivt at forstå komplekse enkeltcelledata. 
Det næste trin i forskningen er at bruge data fra omfattende enkeltcelleanalyser af primære kliniske prøver til at designe en behandling i to stadier. Vi forestiller os, at vi først kan bruge kemoterapi til at reducere tumorbyrden og derefter at udrydde de resterende leukæmistamceller i knoglemarven gennem målrettet behandling på baggrund af vores enkeltcelleanalyse. På den måde tror jeg, at vi vil reducere antallet af patienter med tilbagefald betydeligt.”

Læs proof-of-concept-studiet Quantitative single-cell proteomics as a tool to characterize cellular hierarchies i tidsskriftet Nature Communication.

Nyheder og filtrering

Få besked om fremtidige nyheder, der matcher din filtrering.