がん患者個人に最適な治療薬の選択は往々にして正確性に欠ける｡ある患者に有効な薬剤も他の患者には効かないということもあり､腫瘍初期には有効だった薬剤も後には耐性が生まれることもある｡MITとDana-Farber Cancer Instituteの研究チームは､さらに個別化した治療法を編成するため､がんの薬剤感受性の新検査法開発した｡
これは計器を使って単一細胞の質量を測定し､一つの薬剤が細胞の成長率に与える影響を見ることでその薬剤の効果を予測するというもの｡研究チームは､膠芽腫と呼ばれる非常に侵襲性の強い脳腫瘍と急性リンパ性白血病と呼ばれる血液がんの一種を対象にしてこの手法をテストし､成功した｡この研究成果は､2016年10月10日付Nature Biotechnologyオンライン版に掲載された｡この論文は､｢Drug Sensitivity of Single Cancer Cells Is Predicted by Changes in Mass Accumulation Rate (単一がん細胞の薬剤感受性を細胞の質量蓄積率変化で推定する)｣と題されている｡
MIT Departments of Biological Engineering and Mechanical EngineeringのAndrew (1956) and Erna Viterbi Professorを務め､MITのKoch Institute for Integrative Cancer Researchのメンバーでもあり､またこの論文の主席著者の一人でもあるScott Manalis, Ph.D.は､｢私達の研究では､シーケンシングなど下流解析の可能性の残したまま､薬剤に対する個別細胞の反応を測定できる機能アッセイを開発した｣と述べている｡Dana-Farber Cancer InstituteのDavid Weinstock, Ph.D.とKeith Ligon, Ph.D.もこの論文の主席著者を務めている｡筆頭著者には､元MIT大学院生で現在はDana-Farber所属博士研究員のMark Stevens, Ph.D.､MIT大学院生のNigel Chou氏､Dana-FarberポスドクのCecile Maire､Mark Murakami両氏らが名を連ねている｡
近年､研究者は､特定抗がん剤に対するがんの感受性を示す遺伝子マーカーを突き止めようと研究を進めている｡しかし､これまでのところでは有用なマーカーはごく少数のがんについて見つかっているだけであり､しかも感受性を予測するためのテストであってさえ､同じタイプのがんでもすべての患者に対して正確さを期待できない｡そこで､MITとDana-Farberの研究チームはこれまでとは異なるアプローチを取った｡
そのアプローチは､過去何十年も細菌感染治療の抗生物質を選ぶときに用いられてきた検査法からヒントを得たものである｡抗生物質感受性検査では､患者から感染細菌を採取し､それに何種類かの抗生物質を加え､細菌が成長するか死滅するかを観察するという方法を取る｡そのアプローチをがんに応用するためには､薬剤に対する細胞の反応を短時間に､しかもごく限られた細胞数で済ませなければならない｡そのため､Dr. Manalisの研究室では､これまでのテクニックの10倍から100倍の精度で細胞の質量を測定することのできる懸濁マイクロチャンネル共振器 (SMR) と呼ばれる装置を数年かけて開発してきた｡この装置を使えば､短時間の間に単一細胞の成長率を正確に算出することができる｡
現在の研究では､Dr. Manalisラボの研究チームはDana-Farberの研究チームと協同し､がん細胞を薬剤にさらした後に成長率を測定することでがんの薬剤感受性を判定することができるかどうかを調べた｡研究チームは､それまでに特定の治療薬に感受性がある､または耐性があるとされた膠芽腫や白血病の様々なサブタイプの細胞を解析した｡膠芽腫ではMDM2阻害剤と呼ばれる薬剤､また急性リンパ性白血病ではBCR-ABL阻害剤と呼ばれる薬剤を対象にした｡この方法により､研究チームが開発したアプローチで正確な予測ができるかどうかをテストできた｡がん細胞を薬剤にさらした後､15時間待ち､細胞の成長率を測定した｡各細胞を15分から20分の間に数回測定し､質量蓄積率を計算するのに十分なデータを揃えた｡特定の薬剤に感受性が高いことが判明している細胞は質量蓄積に変化が見られたのに対して､耐性のある細胞は何の影響も受けず成長を続けた｡Dr. Stevensは､｢特定薬剤に感受性を持つことが判明している細胞は､耐性を持つ細胞に比べて極端に成長率が下がった｡しかも､成長率は下がっても細胞は生き続けているので､成長率を測定した後にさらにその細胞を調べることができた｣と述べている｡
このテクニックの利点
このテクニックの大きな利点の一つは､ごく少数の細胞で試験できるということにある｡白血病細胞での試験では､1,000個程度のがん細胞を含む血液の小滴で正確な結果を得ることができた｡Dana-Farber Cancer InstituteのAssociate Professor of Medicineを務めるAnthony Letai, M.D., Ph.D.は､薬剤に対するがん細胞の反応を観察する他のアプローチについて研究を続けているが､｢細胞の質量の僅かな変化を測定する速さも利点だ｣と述べている｡Dr. Letaiはこの研究には関わっていないが､｢このシステムは迅速な測定に適している｡このシステムがもっとさまざまながん､さまざまな薬剤に応用されるようになるのを期待している｣と述べている｡
耐性のメカニズムの理解
研究チームは､この質量測定テクニックを用いて細胞の感受性をテストし､さらにその細胞を分離して､細胞中のRNAをシーケンス解析し､どの遺伝子がオンになっているかを調べている｡Dr. Manalisは､｢特定薬剤に反応しない細胞を判定する方法が発見された今､そのような細胞を分離し､分析し､耐性のメカニズムを理解できるようになることが楽しみだ｣と述べている｡これとは別の新しい論文が2016年9月5日付Nature Biotechnologyに掲載され､この研究で用いられた装置では数か月かかったのと同数の測定が1日で終わる高スループット版のSMR計器が報告されている｡Dr. Manalisは､｢私達のアプローチが臨床試料についても適用できるようになる上で重要な一歩だ｣と述べている｡
｢素晴らしい成果｣
この新しい研究について､San Francisco State University, Department of BiologyのProfessorであり､Chairも務めるMichael A. Goldman, Ph.D.は次のように語っている｡｢個別化医療を個々の細胞レベルにまで進めた素晴らしい業績だ｡薬剤感受性について得られた理解を生体治療にどのように翻訳するかを見届けることが大切だろう｡また､個々人の薬剤代謝が治療成果にも影響することも考えられる｡｣Dr. Goldmanはこの研究には関わっていないが､9年間連続して毎年サンフランシスコでPersonalized Medicine会議 ( http://personalizedmedicine.sfsu.edu/index.html ) を開催しており､2017年会議は春に開かれる予定になっている｡
原著へのリンクは英語版をご覧ください
Device Can Rapidly Measure Mass Changes in Single Cancer Cells in Response to Drugs; Study Suggests That Results May Be Used to Guide Selection of Best Drug for Individual Patients
