Detection of circulating tumor cells with novel microfluidic system in lung cancer

• Project/Area Number: 19K09293
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 55040:Respiratory surgery-related
• Research Institution: University of Occupational and Environmental Health, Japan
• Principal Investigator: Fumhiro Tanaka 産業医科大学, 医学部, 教授 (10283673)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 米田 和恵 兵庫医科大学, 医学部, 非常勤講師 (80724806)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 循環腫瘍細胞 / 肺癌 / マイクロ流路システム

Outline of Research at the Start

肺癌の予後改善のためには遠隔転移の制御が重要であり、そのためには現在の医療機器で検出できない微小転移の検出が必須である。原発巣から遊離して末梢血液内に存在する循環腫瘍細胞は微小遠隔転移の指標として期待され、我々は独自に循環腫瘍細胞検出系を開発した。本研究では、この新規循環腫瘍細胞検出系を用いて、肺癌患者の末梢血液内の循環腫瘍細胞を検出し、その臨床的意義を検討して肺癌の診断と治療の新たな進歩を目指す。特に、検出された循環腫瘍細胞の遺伝子異常などの分子生物学的特性をリアルタイムにモニタリングし、各患者のその時々に最適な個別化治療を届けられるシステムの構築を目指す。

Outline of Final Research Achievements

A preliminary study was conducted to efficiently capture and detect circulating tumor cells (CTCs) by a newly developed microfluidic system (CTC-chip). Using an antibody against epithelial cell adhesion factor (EpCAM), we constructed a system that can capture tumor cells (especially cancer cells with epithelial phenotype) in the blood with high sensitivity.
Since blood contains lymphocytes as well as CTCs, cytokeratin- and nuclear-stain-positive and CD45-negative cells were identified as CTCs. The captured cells were determined by immunofluorescence staining on the CTC chip. Blood samples from actual lung cancer patients were analyzed using this detection system, and the group with CTCs detected had a significantly poorer prognosis than the group without CTCs detected.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

癌の転移様式としての血行転移はこれまで多くの状況証拠を基に提唱されていたが、実際に血中から癌細胞を分離・採取することは困難であった。しばらく後に抗原抗体反応を利用して血中を流れる腫瘍細胞(循環腫瘍細胞, CTC)を捕捉する概念が生まれ、様々な固形癌で試行されてきた。しかし、肺癌においては捕捉率が低く、感度や特異度の高いCTCの捕捉系の構築が望まれていた。当科ではマイクロ流路デバイスに上皮細胞接着因子の抗体をコーティングすることで、感度及び特異度の高いCTCの捕捉デバイスを構築することが出来た。これによって、癌患者の予後や治療への耐性獲得を予測することが可能となり、臨床の一助となることができる。

Research Products

• [Journal Article] Prognostic impact of circulating tumor cells detected with the microfluidic "universal CTC-chip" for primary lung cancer (2022)
  • Author(s): Masatoshi Kanayama, Taiji Kuwata, Masataka Mori, Yukiko Nemoto, Natsumasa Nishizawa, Rintaro Oyama, Hiroki Matsumiya, Akihiro Taira, Shinji Shinohara, Masaru Takenaka, Kazue Yoneda, Koji Kuroda, Takashi Ohnaga, Fumihiro Tanaka
  • Journal Title: Cancer Science Volume: 113 Issue: 3 Pages: 1028-1037
  • DOI: 10.1111/cas.15255
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 胸部悪性腫瘍におけるUniversal CTC-Chipを用いた循環腫瘍細胞の捕捉と臨床応用への取り組み (2022)
  • Author(s): 金山雅俊、森將鷹、桒田泰治、米田和恵、大永崇、田中文啓
  • Organizer: 第5回CTC臨床応用研究会
• [Presentation] 凍結PBMCを用いたCTC-chipでの循環腫瘍細胞捕捉系の構築 (2021)
  • Author(s): 森將鷹、小山倫太郎、金山雅俊、平良彰浩、黒田耕志、大永崇、田中文啓
  • Organizer: 第5回Liquid Biopsy研究会
• [Presentation] 呼吸器悪性腫瘍における循環腫瘍細胞の臨床的意義 (2020)
  • Author(s): 田中文啓、米田和恵、橋本昌樹、長谷川誠紀
  • Organizer: 第4回Liquid Biopsy研究会
• [Presentation] "Universal CTC-chip"によるEMTを起こした循環腫瘍細胞の捕捉システム確立に向けた検討 (2020)
  • Author(s): 金山雅俊、森將鷹、桒田泰治、米田和恵、大永崇、田中文啓
  • Organizer: 第4回Liquid Biopsy研究会
• [Presentation] 原発性肺癌におけるポリマーCTCチップとLiquidBiopsyによる循環腫瘍細胞（CTCs）の検出 (2019)
  • Author(s): 米田和恵、大永 崇、田中文啓
  • Organizer: 第78回日本癌学会学術総会