がん-微小血管チップでがん転移過程の一部を可視化~分子標的薬の開発や薬剤スクリーニングへの応用に期待~

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2025-05-22 東京大学

東京大学生産技術研究所の研究チームは、がん細胞が血管内に侵入し、転移を引き起こす初期過程を可視化する「がん-微小血管チップ」を開発しました。この手のひらサイズのチップは、腫瘍オルガノイドと血管内皮細胞を三次元培養し、がん細胞の集団移動や血管構造の乗っ取り、血管内へのクラスター放出といった一連のプロセスを観察可能にします。特に、がん細胞由来のTGF-βが内皮細胞にEndoMTを誘導し、さらに内皮細胞が分泌するActivinががんの浸潤性を高める「がん-血管相互作用による悪性化の連鎖」が、CTCクラスターの血管侵入と形成に重要であることが示されました。この成果は、がん転移メカニズムの解明や治療標的分子の探索、創薬スクリーニングに貢献する革新的なプラットフォームとなることが期待されます。

がん-微小血管チップでがん転移過程の一部を可視化~分子標的薬の開発や薬剤スクリーニングへの応用に期待~
開発したがん-微小血管チップ。血管構造の周囲にがん細胞集団を配置し、がん転移初期過程である、がん細胞集団の血管内侵入とがん細胞クラスターの放出過程の可視化を実現。

<関連情報>

腫瘍微小血管オンチップから明らかになったがん細胞クラスター内侵入のメカニズム A tumor-microvessel on-a-chip reveals a mechanism for cancer cell cluster intravasation

Yukinori Ikeda ∙ Makoto Kondo ∙ Jun-ichi Suehiro ∙ … ∙ Tetsuro Watabe ∙ Masanobu Oshima ∙ Yukiko T. Matsunaga
iScience  Published:April 23, 2025
DOI:https://doi.org/10.1016/j.isci.2025.112517

Highlights

  • 3D co-culture visualizes tumor intravasation with organoids around microvessels
  • Visualized tumor intravasation dynamics includes migration, co-option, CTC release
  • TGF-β and activin in tumor-endothelium microenvironment are crucial for tumor intravasation

Summary

Circulating tumor cell (CTC) clusters are often detected in blood samples of patients with high-grade tumor and are associated with tumor metastasis and poor prognosis. However, the underlying mechanisms by which cancer cell clusters are released from primary tumors beyond blood vessel barriers remain unclear. In this study, a three-dimensional (3D) in vitro culture system was developed to visualize tumor intravasation by positioning tumor organoids with distinct genetic backgrounds to surround microvessels. We visualized tumor intravasation in a cluster unit, including collective migration toward microvessels, vessel co-option, and the release of CTC clusters—an invasion mechanism not previously reported. Furthermore, elevated levels of transforming growth factor β (TGF-β) and activin expression in endothelial cells within the coculture microenvironment were pivotal for facilitating tumor cell intravasation, which was associated with endothelial-to-mesenchymal transition (EndoMT) in microvessels. Our 3D in vitro system can be used to develop therapeutic strategies for tumor metastasis by targeting the release of CTC clusters.

細胞遺伝子工学
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