A three-dimensional imaging pipeline for the detection of vasculogenic mimicry in mouse tumor models
本論文は、従来の二次元的な組織学的解析法の限界を克服するために、ライトシート顕微鏡法と蛍光標識されたトマトレクチンを用い、複数のマウス腫瘍モデルにおいて血管模倣（vasculogenic mimicry）血管を決定的に検出および機能確認するための三次元イメージング・パイプラインを導入するものである。
原論文は CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) でライセンスされています。 これは査読を受けていないプレプリントのAI生成解説です。医学的助言ではありません。この内容に基づいて健康上の判断をしないでください。 免責事項の全文を読む
成長し続ける腫瘍の内部では、細胞は生存するために酸素と栄養の安定した供給を必要としていますが、それらは体の自然な血管から離れすぎていることが多く、入手することが困難です。これを解決するために、多くの腫瘍は独自のパイプのネットワークを構築しようと試みます。数十年の間、科学者たちは、これらの新しいパイプは体の血管細胞によって作られるものだと信じてきました。これは血管新生と呼ばれるプロセスです。しかし、より不穏な発見がその見解を変えました。研究者たちは、一部の攻撃的な癌において、腫瘍細胞自体が血管細胞のように形や振る舞いを変えることができることを発見したのです。彼らは血液を運ぶ中空の管を形成するために整列し、事実上、腫瘍のためのプライベートな高速道路システムを作り上げます。この現象は血管模倣（vasculogenic mimicry）と呼ばれます。これらの自作の血管は腫瘍をより大きく成長させ、より容易に拡散させるため、患者にとっての予後不良に関連しています。しかしながら、これらの血管が実際に存在し、機能していることを確認することは非常に困難であり、それらがどれほど一般的であるか、あるいはどのように止めるべきかについて、科学者たちは確信を持てずにいました。
過去にこれらの血管を探すための標準的な方法は、腫瘍組織の薄い切片を採取し、2種類の異なる染料で染色することでした。CD31と呼ばれる一つの染料は、通常の血管細胞を光らせます。もう一つの、PASとして知られる染料は、血管の内部にある糖質のコーティングを強調します。論理は単純でした。もし管状の構造が糖質のコーティングを持っているが、通常の血管細胞を欠いているならば、それは腫瘍が作った血管に違いない、というものです。しかし、この方法には大きな欠陥があります。糖質の染料は血管に特異的なものではなく、腫瘍の他の部分にも付着することがあり、誤報を生み出します。さらに、単一の平らな組織の切片を見ることは、その管が実際に血液を運んでいるのか、あるいはその全域にわたって本当に通常の細胞が欠如しているのかを証明することはできません。それは、街のレイアウトを理解するために、ある通りの一枚の写真を見ているようなものです。接続や建物の真の性質を見逃してしまう可能性があります。
より鮮明な画像を得るために、研究チームはこれらの構造を三次元的に見る新しい方法を開発しました。薄い切片に頼る代わりに、彼らはマウスの腫瘍組織の塊全体を用いました。まず、トマトレクチンから作られた蛍光染料をマウスの静脈に注入しました。この染料はトレーサーとして機能し、開通して機能しているあらゆる血管の中を流れ、管の内部を光らせます。染料が循環した後、研究者たちは腫瘍を取り除き、特殊な化学プロセスを用いて組織を透明化しました。これは、ガラスのブロックを透明な窓に変えるようなものです。次に、彼らは組織を通常の血管細胞を強調するマーカーで染色しました。最後に、彼らは異なる角度から数千枚の画像を撮影する強力な顕微鏡を使用し、腫瘍内部の血管ネットワーク全体を3Dで再構成しました。
彼らがこの新しい手法を様々な種類の乳癌および肺癌モデルに適用したところ、その結果は驚くべきものでした。平らな切片を用いた古い方法では、多くの血管が腫瘍によって作られたものであることが示唆されていました。しかし、この新しい3Dイメージングは、疑われた血管のほとんどが実際には血液を運んでいないことを明らかにしました。実際、研究者たちは、従来のメソッドが機能的な腫瘍由来血管の数を大幅に過大評価していたことを発見しました。いくつかのケースでは、古い方法で腫瘍血管に見えた構造のうち、実際に血液を運んでいたものは2パーセント未満でした。新しい技術は、機能的な腫瘍由来の血管は存在するものの、以前考えられていたよりもはるかに一般的ではなく、古い方法では他の糖質構造を血管と間違えていたことが多いことを示しました。
この研究は単に数字を修正しただけではありません。これらの腫瘍由来の血管が、実際に宿主の血液供給に接続し、血液を運ぶことができるという、最初の説得力のある視覚的証拠を提供しました。いくつかのモデルにおいて、研究者たちは、通常の血管細胞が完全に欠如しているにもかかわらず、蛍光トレーサーで満たされている腫瘍由来の管を観察しました。彼らはさらに、通常の血管細胞と腫瘍細胞が同じ管を共有している「モザイク」血管や、腫瘍由来の血管が通常の血管に直接接続している接合部も観察しました。これらの血管が他のタイプの宿主細胞ではなく、腫瘍細胞によって裏打ちされていることを絶対的に確実にするために、彼らはマウス自身のすべての細胞が緑色に光る特別なマウスモデルを使用しました。彼らは、赤いトレーサーで満たされているが、周囲に緑色の輝きがない血管を発見し、それによって、特定の管を裏打ちしているのは腫瘍細胞のみであることを確認しました。
この研究は、これらの危険な血管を検出するための、より信頼性の高い新しい標準を確立しました。古い方法がエラーを起こしやすいことを示すことで、研究者たちはこれらを見つけるために何を探すべきかを明確にしました。この新しい3Dパイプラインにより、科学者は腫瘍の血液供給の全構造を見ることができ、どの血管が本物で機能しているのかを確認できます。この明晰さは、新しい薬の開発に不可欠です。もし科学者がこれらの血管を正確に特定できなければ、それらを止めるための治療法を設計することはできません。これらの血管がどのように形成され機能するかを示す明確な地図を提供することで、この研究は、腫瘍の自作の生命線（ライフライン）を断つことを目的とした将来の治療に向けた強固な基盤を提供しています。
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