Motion microscopy for label-free detection of circulating tumor cells

Abstract

순환 종양 세포 (CTCs)는 암이 진행되는 동안 원발성 종양에서 떨어져 나와 혈류를 순환합니다. 따라서 그들은 치료를 예측, 진단 및 안내할 수 있는 순환 바이오마커 역할을 할 수 있습니다. 순환하는 종양 세포와 비종양 세포 사이의 생물학적 및 물리적 차이를 기반으로 한 많은 방법론이 지난 몇 년 동안 개발되었습니다. 그러나 이러한 방법들은 민감도나 특이도가 충분하지 않았습니다. 보다 편리한 방법을 개발하기 위해, 픽셀을 다시 렌더링하여 극도로 확대된 영상을 생성하여 캡처된 비디오에서 세포 미세 움직임을 증폭하는 모션 마이크로스코프를 사용하는 분석 프로토콜을 설계했습니다. 흥미롭게도, 모션 마이크로스코프는 유방 종양 세포 주변의 진동을 보여주었으며, 우리는 이를 cellular trail이라고 명명하였습니다. 증폭된 비디오 이미지에서 cellular trail 현상은 0.5-1.5 Hz 사이에서 대부분 나타났습니다. 흥미롭게도, cellular trails은 미토콘드리아 활성보다는 세포 표면 단백질 및 유속과 관련이 있습니다. 또한, 비뉴턴 유체의 한 유형인 0.05 % 히알루론산을 사용하면 motion microscopy로 25 μm/s 및 0.5-1.5 Hz의 조건에서 혈액세포와 비슷한 사이즈의 백혈병세포 또한 분별할 수 있었습니다. 따라서 motion microscopy 기반 CTC 검출 방법은 약물 효능을 평가하고 추가 연구를 위해 종양 세포의 물리적 특성을 식별하는 데 유용한 보조 진단 도구를 제공할 수 있습니다.;Circulating tumor cells (CTCs) depart away from the primary tumor and circulate in the bloodstream during cancer progression. They may serve as an indicator that can predict, diagnose, and guide treatment. Methodologies have been developed over the past few years based on the biological and physical differences between circulating tumor cells and non-tumor cells. However, these methods did not have sufficient sensitivity or specificity. In order to develop a more convenient method, I designed an analysis protocol using motion microscopy that amplifies cellular micro motions in a captured video by re-rendering pixels to generate extreme magnified visuals. Interestingly, motion microscopy demonstrated fluctuations around breast tumor cells, which I referred to herein as cellular trail. Cellular trails were mostly demonstrated between 0.5 and 1.5 Hz in the amplified video image. Intriguingly, cellular trails were related with cell surface proteins and flow rates rather than mitochondrial activity. In addition, a type of non-newtonian fluid, 0.05 % hyaluronic acid, fluctuations were observed around even tiny leukemic myeloblasts under conditions of 25 μm/s and 0.5-1.5 Hz with a motion microscopy. Therefore, motion microscopy-based CTC detection methods can provide a valuable auxiliary diagnostic tool for drug efficacy assessment and identification of physical properties of tumor cells for further study.