レーザアブレーション／マスサイトメトリー

腫瘍構造を深く知ることで前進する
がん診断と治療
アンドルー・クォン
新しいレーザアブレーションとマスサイトメトリーの融合により、個々の細胞の表現型を空間的に分解できるようになり、がん診断と治療の新たな進展が期待されている。
顕微鏡による細胞型の評価とゲノム

最近まで、これら複雑な相互作用をスサイトメータとして使用するためにまたはプロテオーム解析、すなわち、空間的な方法で包括的に調べることが新しいレーザアブレーション装置を採

がん細胞の機能に関する詳細な情報をできず、がん診断や予後、治療におい（2）用している（図 1 ）。組織または固定もたらす近年の技術革新により、がんて腫瘍構造が果たす役割を完全に解明した細胞サンプルを金属タグ付きの抗診断と治療の向上が可能となっていするには限界があった。個々の細胞の体パネルで染色し、213nm で動作する。しかし、悪性細胞の遺伝的プロフ表現型を空間的に分解するパワフルなるパルスレーザを用いてアブレーショ

ァイルが腫瘍成長の主要因である一方ツールであるイメージングマスサイト

ンチャンバ内で走査し、直径 1μm ので、他にも多くの要因が同様に重要でメトリー（ Imaging Mass Cytometry：スポットサイズに焦点を当てる。

あることが、多くのエビデンスによっIMC ）は、がん診断と治療を前進させそして、マスサイトメトリーは各スて明らかになっている。その要因には、る次の革命をもたらす可能性を秘めてポットから気化した組織を分析する。

腫瘍構造や腫瘍細胞間の相互作用、間いる（ 1 ）。

気化した各サンプルに存在する金属タ質、細胞外マトリクス、免疫細胞などがある。

a)

IMC は、米フリューダイム社（ Flui

グを計測し、サンプル内の各スポットdigm ）が商標登録しているもので、マの位置に対してインデックスを作成すb)

図１ イメージングマスサイトメトリー（ IMC ）は、ユーザーが抗体染色した標本を用意してスライドを Hyperion Imaging System に挿入し、システムコントロールを用いて画像化する対象領域を選択するところから始まる（ a ）。システムのパルスレーザは 213nm で動作し、正確なイメージングを可能にする。ビームは直径 1μm で集光され、金属タグ付きの抗体で染色したタンパク質をサンプリングし、これらのタグを管理して誘導結合飛行時間（ ToF ）技術で解析する。選択された領域でレーザが 1 平方マイクロメートルの各ピクセルをサンプリングするため、1 回の走査で済む（ b ）。

40

2020.9 Laser Focus World Japana)b)c)

図２ 多重評価により、免疫細胞とがん細胞の関係を可視化する性能を加速できる。18 プレックスの Maxpar Human Immuno-Oncology IMC
パネルキットで染色した直径 1 μ m の乳がん組織に対してレーザ走査を 1 回行うことで、免疫集団と組織構造が強調される。各画像では、同じ走査で異なるバイオマーカーを選択し、表示している。（ a ）ビメンチン（赤）、CD45（シアン）、CD68（黄）、DNA2（青）。（ b ）aSMA（シアン）、
CD45（マゼンダ）、E- カドヘリン（赤）、K1-67（黄）、DNA2（青）。（c）汎ケラチン（ライム）、E- カドヘリン（赤）、コラーゲン 1（シアン）、DNA2（青）。

る。スポットを単位として基盤の中で瘍や周囲の微小環境内の細胞非均一性対してマーカー遺伝子の発現と空間的サンプルを連続的に移動させることが高いため、治療ターゲットの細胞が特徴が定量化された。これらのマーカで、組織上のタンパク質の分布を描いなかったり、治療が目的の細胞に到達ーと特徴を解析すると、59 の腫瘍細たサンプルのマップを作成する。マッできなかったりする。こうしたことか胞の表現型が同定され、そのいくつかプは、空間的な情報も持つ単一細胞のら、腫瘍に存在する少数の細胞の組織は特定の患者固有のものであった。さタンパク質分析に使用できる学的特徴や分子プロファイルに基づくらなる解析により、14 の腫瘍細胞メタIMC の実力は、同時に解析できるタのではなく、腫瘍の構造解析に基づいクラスターと 18 のシングルセル病理グの数に応じて大きくなる。現在、安た固形腫瘍の診断、分類、治療に対す（ Single-Cell Pathology：SCP ）サブグ

定した金属同位体ラベル、またはタグる新たなアプローチを IMC が可能にすループが同定された。驚くべきことに、は 37 種類あり、最大 37 ターゲットを同ると見込まれている。最近発表された乳がんの分類で用いられる古典的な臨時に測定できる。これらのタグから得

2 つの論文では、細胞の表現型におい床サブタイプと 18 の SCP は明確に一られるデータは、機能的バイオマーカーてゲノム変化が果たす役割の理解を深致しなかった。

。

（3）

分析や、IMC イメージをさらに適応さめ、乳がんにおける患者特異的な診断

この研究で評価された腫瘍を持つ患せてセグメント化する DNA インターカをさらにもたらすために、IMC がどう者 281 人の長期生存率データと SCP をレータのような他の「ナビゲーション補利用されるかについて述べている。

比較すると、個々のサブグループと臨助」と統合できる。こうして、デジタル

2020 年1月に『 Nature 』誌に掲載さ床アウトカムは異なることがわかっ

病理学や多重シングルセル解析と融合れた論文

では、乳がんで異なる臨床た。 例 え ば、 あ る SCP（ SCP11 ）は、して、新たな診断、予後、治療クラスアウトカムに関連する新規サブグループ

臨床的に同定されたホルモン受容体陰を特定できるかもしれないを同定する方法が示されている（図 2 ）。

性で HER2 陽性の腫瘍タイプを重複す

この研究では、IMC を用いて 35 のバるものの、完全には一致しなかった。

イオマーカーを同時に定量化し、352

ホルモン受容体陰性・HER2 陽性の臨。

（3）

先進的な性能に向けた
空間的解析

（4）

人の患者から乳房腫瘍の高次元病理画床サブタイプの患者の予後は一般的に標的療法は、特定のがん種では大き像が 720 枚作成された。単一細胞に分不良だが、SCP11 カテゴリーの患者はな恩恵をもたらしている。しかし、こ類 し て 381 枚 の 画 像 の 中 か ら 85 万臨床サブタイプや他の SCP グループよれらの恩恵が限られる場合もある。腫8668 個の細胞が同定され、各細胞にりも予後は有意に良好だった。同様に、
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レーザアブレーション / マスサイトメトリー

乳がんのトリプルネガティブの臨床サイルとの相関によってなされた。

り、腫瘍の塊と突起の外観を表していブタイプは 5 つの異なる SCP から構成

さらなる解析が明らかにしたのは、た。腫瘍学（ oncology ）とは、ギリシされており、そのうち 4 つはこのサブ間質細胞では他の細胞表現型を比較し

ャ語で塊（onkos）という言葉に由来し、タイプと関連して予後不良だったが、て、RNA サイレンシングや遺伝子発腫瘍そのものを表した。その後の 1000

残りの 1 つの SCP に分類される患者た

現 の転 写 後 制 御 に関 わる microRNA

年間は、がんに対する理解と分類の多ちは死亡しなかった。

（ miRNA ）が、遺伝子制御においてよくは肉眼または顕微鏡に基づいておこれらの知見は、現在の臨床サブタり重要な役割を果たしていることだっり、がんは主に解剖学的な位置と総合イプ戦略は予後予測の限界を強調してた。この研究ではさらに、腫瘍サブタイ的な病理をもとに分類された。

いる。また、IMC が生成する多細胞のプの表現型構成に予想外の違いが見ら

分子生物学の出現は、がんの診断や空間的情報を、乳がんの分類や、将来れ、異なるがんサブタイプでは間質細胞治療方法を変えただけにとどまらな的には治療に向けた新しいアプローチの密集パターンが異なることもわかっい。腫瘍における遺伝子変異や重要なの基礎として用いる可能性を強く示した。異なるゲノムの腫瘍サブタイプでは、タンパク質の発現変化などの分子プロている。細胞の不均一性を考慮して、細胞間相互作用も異なっていた。まとファイルに基づいてがん種を評価でき治療戦略をより洗練させれば、乳がんめると、これらの解析で示されたことる、強力で新たなツールを可能にした。

患者のアウトカムを改善できるかもしは、細胞の構成と細胞間相互作用のパ例えば、乳がんと前立腺がんは、解剖れない。

ターンは、乳がんのゲノムサブタイプ学的構造としては異なる位置と機能でによって大きく異なるということだ。

生じる。しかし、分子・遺伝子解析に（5）では、ゲノム変化

特筆すべきは、特定の細胞表現型は臨よって明らかになったのは、これらの（変異やコピー数異常）による個々の細床アウトカムと相関したことも、この組織で生じる腫瘍には生物学的に非常胞の表現型と空間の相関についてシス研究から明らかにされたことである。に高い類似性があり、同様の治療アプテマティック解析がなされた。この解IMC ベースの解析を行うことで、患者ローチで恩恵を得られるかもしれない

析が示すことは、乳房腫瘍の生態系のを層別化して新たな治療ターゲットをということである。同じタイプの腫瘍構成と構造の両方においてゲノムが果特定する、新たなアプローチを開発すでも、分子的なサブタイプ分類に基づたす役割だ。こうした知見は、ゲノムる可能性をさらに支持するものだ。

く個別化治療計画により、異なる治療

2020 年 2 月に『 Nature Cancer 』誌に掲載された論文

変化が細胞の表現型にどのような影響を与えるかについて、我々の理解を深進歩に向けたプラットフォームアプローチが有効かもしれない。
IMC は、我々ががんを見る方法にお我々ががんを理解、診断、治療するける進化の次のステップである。腫瘍

この研究では、IMC とマルチプラッ能力は常に、観察可能であることと関の複雑な微小環境で個々の細胞がどうトフォームのゲノミクスを組み合わせ、係する。悪性状態の古典的な説明は、相互作用をしているのかを初めて見る

483 の乳房腫瘍サンプルにおいて 37 の約 2000 年前に視覚的な観察に基づいことができる。ここに記載した論文がタンパク質レベルを定量化し、乳がんて 造 語 さ れ た。 が ん（ cancer ）と は、示すように、次の腫瘍学の革命に向けの表現型とゲノムの全体図を定義した。

ラテン語でカニを意味するものであた強力な原動力が IMC なのである。

めるものである。

この研究で評価された 483 の腫瘍は、以前に大規模なゲノム評価を受けていた。単一細胞における IMC 発現データのクラスタリング解析により、腫瘍細胞、間質細胞、及び免疫細胞について、大きく分けて 3 つの表現型カテゴリーが同定され、ほとんどの細胞は上皮細胞であった。割り当てられた細胞の表現型の検証は、各腫瘍内における細胞表現型の割合と、全遺伝子発現プロファ422020.9 Laser Focus World Japan

参考文献（ 1 ）C. Giesen et al., Nat. Methods, 11, 4, 417-422（ 2014 ）.
（ 2 ）R. N. Straus et al., J. Anal. At. Spectrom., 32, 1044-1051（ 2017 ）.
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（ 6 ）G. P. Risbridger, I. D. Davis, S. N. Birrell, and W. D. Tillewy, Nat. Rev. Cancer, 10, 3, 205212（ 2010 ）.
（ 7 ）M. P. Singh, S. Rai, A. Pandey, N. K. Singh, and S. Srivastava, Genes & Diseases（ 2019 ）;https://doi.org/10.1016/j.gendis.2019.10.013.
著者紹介
アンドルー・クォン博士はフリューダイム社の最高科学責任者。
e-mail: andrew.quong@fluidigm.com www.fluidigm.com

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