Цель исследования

oncotomsk

Сибирский онкологический журнал

Siberian journal of oncology

1814-48612312-3168

Tomsk National Research Medical Сепtеr of the Russian Academy of Sciences

10.21294/1814-4861-2022-21-3-117-125

oncotomsk-2169

Research Article

ОБЗОРЫ

REVIEWS

Циркулирующие опухолевые клетки в онкологии

Circulating tumor cells in oncology

https://orcid.org/0000-0003-1114-8732

Водолажский

Д. И.

Vodolazhsky

D. I.

Водолажский Дмитрий Игоревич, кандидат биологических наук, научный сотрудник отдела онкоиммунологии

197758, г. Санкт-Петербург, пос. Песочный, ул. Ленинградская, 68.

Dmitry I. Vodolazhsky, PhD, Researcher of the Department of Cancer Immunology

68, Leningradskaya St., 197758, St. Petersburg

dvodolazhsky@gmail.com

https://orcid.org/0000-0002-7826-4861

Нехаева

Т. Л.

Nekhaeva

T. L.

Нехаева Татьяна Леонидовна, кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник отдела онкоиммунологии

197758, г. Санкт-Петербург, пос. Песочный, ул. Ленинградская, 68.

Tatyana L. Nekhaeva, MD, PhD, Senior Researcher of the Department of Cancer Immunology

68, Leningradskaya St., 197758, St. Petersburg

https://orcid.org/0000-0002-7472-4613

Балдуева

И. А.

Baldueva

I. A.

Балдуева Ирина Александровна, доктор медицинских наук, руководитель отдела онкоиммунологии Циркулирующие опухолевые клетки в онкологии

197758, г. Санкт-Петербург, пос. Песочный, ул. Ленинградская, 68.

Irina A. Baldueva, MD, DSc, Head of the Department of Cancer Immunology

68, Leningradskaya St., 197758, St. Petersburg

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Петрова» Минздрава РоссииРоссияN.N. Petrov National Medical Oncology Research Center of the Ministry of Health of RussiaRussian Federation

2022

29062022

213117125

2022

Водолажский Д.И., Нехаева Т.Л., Балдуева И.А.

Vodolazhsky D.I., Nekhaeva T.L., Baldueva I.A.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://www.siboncoj.ru/jour/article/view/2169

Цель исследования

Цель исследования. В рамках настоящего исследования предпринята попытка выявления общих закономерностей наличия детектируемых количеств циркулирующих опухолевых клеток (ЦОК), отрицательно коррелирующих с общей выживаемостью пациентов и их способностью образовывать метастазы в отдаленных тканях и органах. Обобщение биологических свойств и взаимодействие ЦОК с другими типами клеток во время интравазации, циркуляции в кровотоке, экстравазации и колонизации, являющихся многогранными и включающими в себя изменения фенотипов ЦОК, которые регулируются многими сигнальными молекулами, включая цитокины и хемокины.

Материал и методы

Материал и методы. Нами проведен поиск литературы в электронных базах данных PubMed (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov), Scopus (https:// www.scopus. com/), Web of Science (https://apps.webofknowledge.com/WOS_GeneralSearch), Cancer Tomorrow (https://gco.iarc.fr/tomorrow/en) и Global cancer observatory (https://gco.iarc.fr), опубликованных в период с января 1994 г. по май 2021 г., с использованием ключевых слов: «circulating tumor cells», «biomarker» и «metastasis».

Результаты

Результаты. Мониторинг уровня ЦОК в крови может иметь исключительные прогностические и мониторинговые последствия. Жидкостная биопсия для выявления ЦОК и их продуктов может быть использована для диагностики онкологических заболеваний в общей популяции, а также для прогнозирования биомаркеров у онкологических больных. С развитием более совершенных технологий детекции ЦОК и клинических испытаний в крупных проспективных исследованиях можно ожидать увеличения клинической полезности ЦОК. Понимание их биологии и взаимодействия с другими типами клеток, особенно с иммунной системой, и развитие иммунотерапии также дают большие перспективы для новых терапевтических возможностей.

Заключение

Заключение. ЦОК в настоящее время рутинно не используются в клинической практике, но исследования в этой области продолжают накапливать клиническую валидность и соответствующие инструментальные подходы. Это связано с возможностью мониторинга состояния пациентов с использованием методов жидкостной биопсии при использовании ЦОК. Мы представляем обзор текущей клинической ценности ЦОК в качестве биомаркера, а также основные концепции и исследования, изучающие клиническую полезность ЦОК.

Purpose of the study: to identify general patterns in the presence of detectable amounts of circulating tumor cells (CTCs) negatively correlated with the overall survival of patients and their ability to form metastases in distant tissues and organs, as well as to summarize the biological properties and interactions of CTCs with other cell types during intravasation, circulation, extravasation, and colonization, which involve changes in CTC phenotypes that are regulated by many signaling molecules, including cytokines and chemokines. Material and Methods. We analyzed publications available from PubMed (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov), Scopus (https://www.scopus.com/), Web of Science (https://apps.webofknowledge. com/WOS_GeneralSearch), Cancer Tomorrow (https://gco.iarc.fr/tomorrow/en), and Global cancer observatory (https://gco.iarc.fr) databases between 2000–2021 using the keywords “circulating tumor cells”, “biomarker”, “metastasis” and others. Results. Monitoring of blood levels of CTCs can have exceptional prognostic and monitoring implications. Liquid biopsy to detect CTCs and their progeny can be used to diagnose cancer in the general population, as well as to predict biomarkers in cancer patients. The improvement in the CTC detection technology and clinical trials in large prospective studies will increase the clinical usefulness of these marker cells. Understanding of their biology and interactions with other cell types, especially with the immune cells, and the development of CTC immunotherapy also holds great promise in cancer therapy. Conclusion. Currently, CTCs are not routinely used in clinical practice, but research in this area continues to accumulate the data on the clinical validity of CTC detection. This is due to the feasibility of monitoring the patient’s condition using liquid biopsy for the CTC detection. We present an overview of the clinical value of CTCs as a biomarker, as well as key studies examining the clinical usefulness of CTCs.

циркулирующие опухолевые клеткизлокачественные новообразованиямаркеры малигнизациивнеклеточная ДНк (вкДНк)эпителиально-мезенхимальный переход (ЭМП)мезенхимально-эпителиальный переход (МЭП)

circulating tumor cells (CTCs)malignant neoplasmsmalignancy markersextracellular DNA (cfDNA)epithelial-mesenchymal transition (EMT)mesenchymal-epithelial transition (MET)

References1

Chaffer C.L., Weinberg R.A. A perspective on cancer cell metastasis. Science. 2011; 331(6024): 1559–64. doi: 10.1126/science.1203543.

Di Raimo T., De Santis E., Coppola L., D’Andrea M.R., Angelini F. Circulating tumor cells and the metastatic process: the complexity of malignancy. J Cancer Metastasis Treat. 2018; 4: 54. Open Access Review. doi 10.20517/2394-4722.2018.50.

Ashworth T.R. A Case of Cancer in Which Cells Similar to Those in the Tumours Were Seen in the Blood after Death. The Medical Journal of Australia. 14: 146–7.

Messerschmidt J.L., Bhattacharya P., Messerschmidt G.L. Cancer Clonal Theory, Immune Escape, and Their Evolving Roles in Cancer Multi-Agent Therapeutics. Curr Oncol Rep. 2017; 19(10): 66. doi: 10.1007/ s11912-017-0625-2.

Agnoletto C., Corrà F., Minotti L., Baldassari F., Crudele F., Cook W.J.J., Di Leva G., d’Adamo A.P., Gasparini P., Volinia S. Heterogeneity in Circulating Tumor Cells: The Relevance of the Stem-Cell Subset. Cancers (Basel). 2019; 11(4): 483. doi: 10.3390/cancers11040483.

Corporate Medical Policy. An Independent Licensee of the Blue Cross and Blue Shield Association. Detection of Circulating Tumor Cells and Cell Free DNA in Cancer Management AHS-G2054 [Internet]. 2019. URL: https://www.bluecrossnc.com/sites/default/fles/document/attachment/services/public/pdfs/medicalpolicy/detection of circulating tumor cells and cell free dna in cancer management 4.pdf.

Kang H.M., Kim G.H., Jeon H.K., Kim D.H., Jeon T.Y., Park D.Y., Jeong H., Chun W.J., Kim M.H., Park J., Lim M., Kim T.H., Cho Y.K. Circulating tumor cells detected by lab-on-a-disc: Role in early diagnosis of gastric cancer. PLoS One. 2017; 12(6). doi: 10.1371/journal.pone.0180251.

Miller M.C., Doyle G.V., Terstappen L.W. Signifcance of Circulating Tumor Cells Detected by the Cell Search System in Patients with Metastatic Breast Colorectal and Prostate Cancer. J Oncol. 2010. doi: 10.1155/2010/617421.

Kaldjian E.P., Ramirez A.B., Sun Y., Campton D.E., Werbin J.L., Varshavskaya P., Quarre S., George T., Madan A., Blau C.A., Seubert R. The RareCyte® platform for next-generation analysis of circulating tumor cells. Cytometry A. 2018; 93(12): 1220–5. doi: 10.1002/cyto.a.23619.

Ferreira M.M., Ramani V.C., Jeffrey S.S. Circulating tumor cell technologies. Mol Oncol. 2016; 10(3): 374–94. doi: 10.1016/j. molonc.2016.01.007.

Grover P.K., Cummins A.G., Price T.J., Roberts-Thomson I.C., Hardingham J.E. Circulating tumour cells: the evolving concept and the inadequacy of their enrichment by EpCAM-based methodology for basic and clinical cancer research. Ann Oncol. 2014; 25(8): 1506–16. doi: 10.1093/annonc/mdu018.

Murray N.P., Reyes E., Badínez L., Orellana N., Fuentealba C., Olivares R., Porcell J., Dueñas R. Circulating Prostate Cells Found in Men with Benign Prostate Disease Are P504S Negative: Clinical Implications. J Oncol. 2013. doi: 10.1155/2013/165014.

Karabacak N.M., Spuhler P.S., Fachin F., Lim E.J., Pai V., Ozkumur E., Martel J.M., Kojic N., Smith K., Chen P.I., Yang J., Hwang H., Morgan B., Trautwein J., Barber T.A., Stott S.L., Maheswaran S., Kapur R., Haber D.A., Toner M. Microfuidic, marker-free isolation of circulating tumor cells from blood samples. Nat. Protoc. 2014; 9(3): 694–710. doi: 10.1038/nprot.2014.044.

Mitra A., Mishra L., Li S. EMT, CTCs and CSCs in tumor relapse and drug-resistance. Oncotarget. 2015; 6(13): 10697–711. doi: 10.18632/ oncotarget.4037.

Vishnoi M., Peddibhotla S., Yin W., T. Scamardo A., George G.C., Hong D.S., Marchetti D. The isolation and characterization of CTC subsets related to breast cancer dormancy. Sci Rep. 2015; 5: 17533. doi: 10.1038/srep17533.

Reinhardt F., Franken A., Meier-Stiegen F., Driemel C., Stoecklein N.H., Fischer J.C., Niederacher D., Ruckhaeberle E., Fehm T., Neubauer H. Diagnostic Leukapheresis Enables Reliable Transcriptomic Profling of Single Circulating Tumor Cells to Characterize Inter-Cellular Heterogeneity in Terms of Endocrine Resistance. Cancers (Basel). 2019; 11(7): 903. doi: 10.3390/cancers11070903.

Broncy L., Paterlini-Bréchot P. Clinical Impact of Circulating Tumor Cells in Patients with Localized Prostate Cancer. Cells. 2019; 8(7): 676. doi: 10.3390/cells8070676.

Marchetti A., Del Grammastro M., Felicioni L., Malatesta S., Filice G., Centi I., De Pas T., Santoro A., Chella A., Brandes A.A., Venturino P., Cuccurullo F., Crinò L., Buttitta F. Assessment of EGFR mutations in circulating tumor cell preparations from NSCLC patients by next generation sequencing: toward a real-time liquid biopsy for treatment. PLoS One. 2014; 9(8). doi: 10.1371/journal.pone.0103883.

Ellsworth R.E., Blackburn H.L., Shriver C.D., Soon-Shiong P., Ellsworth D.L. Molecular heterogeneity in breast cancer: State of the science and implications for patient care. Semin Cell Dev Biol. 2017; 64: 65–72. doi: 10.1016/j.semcdb.2016.08.025.

Wang Y., Waters J., Leung M.L., Unruh A., Roh W., Shi X., Chen K., Scheet P., Vattathil S., Liang H., Multani A., Zhang H., Zhao R., Michor F., Meric-Bernstam F., Navin N.E. Clonal evolution in breast cancer revealed by single nucleus genome sequencing. Nature. 2014; 512(7513): 155–60. doi: 10.1038/nature13600.

Williams M.J., Sottoriva A., Graham T.A. Measuring Clonal Evolution in Cancer with Genomics. Annu Rev Genomics Hum Genet. 2019; 20: 309–29. doi: 10.1146/annurev-genom-083117-021712.

Francart M.E., Lambert J., Vanwynsberghe A.M., Thompson E.W., Bourcy M., Polette M., Gilles C. Epithelial-mesenchymal plasticity and circulating tumor cells: Travel companions to metastases. Dev Dyn. 2018; 247(3): 432–50. doi: 10.1002/dvdy.24506.

Pastushenko I., Blanpain C. EMT Transition States during Tumor Progression and Metastasis. Trends Cell Biol. 2019; 29(3): 212–26. doi: 10.1016/j.tcb.2018.12.001.

Werner S., Stenzl A., Pantel K., Todenhöfer T. Expression of Epithelial Mesenchymal Transition and Cancer Stem Cell Markers in Circulating Tumor Cells. Adv Exp Med Biol. 2017; 994: 205–28. doi: 10.1007/978-3-319-55947-6_11.

Veridex L.L.C. CellSearch TM. Circulating Tumor Cell Kit. Premarket Notifcation- Expanded Indications for Use Metastatic Prostate Cancer [Internet]. URL: https://www.accessdata.fda.gov/cdrh_docs/pdf7/ K073338.pdf.

Cabel L., Proudhon C., Gortais H., Loirat D., Coussy F., Pierga J.Y., Bidard F.C. Circulating tumor cells: clinical validity and utility. Int J Clin Oncol. 2017; 22(3): 421–30. doi: 10.1007/s10147-017-1105-2.

Kallergi G., Politaki E., Alkahtani S., Stournaras C., Georgoulias V. Evaluation of Isolation Methods for Circulating Tumor Cells (CTCs). Cell Physiol Biochem. 2016; 40(3–4): 411–9. doi: 10.1159/000452556.

Cristofanilli M., Budd G.T., Ellis M.J., Stopeck A., Matera J., Miller M.C., Reuben J.M., Doyle G.V., Allard W.J., Terstappen L.W., Hayes D.F. Circulating tumor cells, disease progression, and survival in metastatic breast cancer. N Engl J Med. 2004; 351(8): 781–91. doi: 10.1056/NEJMoa040766.

Negin B.P., Cohen S.J. Circulating tumor cells in colorectal cancer: past, present, and future challenges. Curr Treat Options Oncol. 2010; 11(1–2): 1–13. doi: 10.1007/s11864-010-0115-3.

Resel Folkersma L., Olivier Gómez C., San José Manso L., Veganzones de Castro S., Galante Romo I., Vidaurreta Lázaro M., de la Orden G.V., Arroyo Fernández M., Díaz Rubio E., Silmi Moyano A., Maestro de Las Casas M.A. Immunomagnetic quantifcation of circulating tumoral cells in patients with prostate cancer: clinical and pathological correlation. Arch Esp Urol. 2010; 63(1): 23–31.

Riethdorf S., Pantel K. Advancing personalized cancer therapy by detection and characterization of circulating carcinoma cells. Ann N Y Acad Sci. 2010; 1210: 66–77. doi: 10.1111/j.1749-6632.2010.05779.x.

Aggarwal C., Meropol N.J., Punt C.J., Iannotti N., Saidman B.H., Sabbath K.D., Gabrail N.Y., Picus J., Morse M.A., Mitchell E., Miller M.C., Cohen S.J. Relationship among circulating tumor cells, CEA and overall survival in patients with metastatic colorectal cancer. Ann Oncol. 2013; 24(2): 420–8. doi: 10.1093/annonc/mds336.

Кит О.И., Нистратова О.В., Новикова И.А., Водолажский Д.И., Никипелова Е.А., Непомнящая Е.М., Ульянова Е.П., Олейникова Е.Н. Ассоциация между наличием KRAS-мутаций в опухоли и количеством циркулирующих опухолевых клеток у больных колоректальным раком. Кубанский научный медицинский вестник. 2016; 1(156): 70–3. [Kit O.I., Nistratova O.V., Novikova I.A., Vodolazhsky D.I., Nikipelova E.A., Nepomnyashchaya E.M., Ulyanova E.P., Oleinikova E.N. The association between the presence of KRAS mutations in the tumor and the number of circulating tumor cells in patients with colorectal cancer. Kuban Scientifc Medical Bulletin. 2016; 1(156): 70–3. (in Russian)].

To expand the indication for use of the CellSearch™ CTC Assay for use with colon cancer as well as the previously cleared breast cancer [Internet]. URL: www.accessdata. Fda.gov/cdrh_docs/reviews/K071729.

Allard W.J., Matera J., Miller M.C., Repollet M., Connelly M.C., Rao C., Tibbe A.G., Uhr J.W., Terstappen L.W. Tumor cells circulate in the peripheral blood of all major carcinomas but not in healthy subjects or patients with nonmalignant diseases. Clin Cancer Res. 2004; 10(20): 6897–904. doi: 10.1158/1078-0432.CCR-04-0378.

Farace F., Massard C., Vimond N., Drusch F., Jacques N., Billiot F., Laplanche A., Chauchereau A., Lacroix L., Planchard D., Le Moulec S., André F., Fizazi K., Soria J.C., Vielh P. A direct comparison of CellSearch and ISET for circulating tumour-cell detection in patients with metastatic carcinomas. Br J Cancer. 2011; 105(6): 847–53. doi: 10.1038/bjc.2011.294.

Tamminga M., Andree K.C., Hiltermann T.J.N., Jayat M., Schuuring E., van den Bos H., Spierings D.C.J., Lansdorp P.M., Timens W., Terstappen L.W.M.M., Groen H.J.M. Detection of Circulating Tumor Cells in the Diagnostic Leukapheresis Product of Non-Small-Cell Lung Cancer Patients Comparing CellSearch® and ISET. Cancers (Basel). 2020; 12(4): 896. doi: 10.3390/cancers12040896.

Campton D.E., Ramirez A.B., Nordberg J.J., Drovetto N., Clein A.C., Varshavskaya P., Friemel B.H., Quarre S., Breman A., Dorschner M., Blau S., Blau C.A., Sabath D.E., Stilwell J.L., Kaldjian E.P. High-recovery visual identifcation and single-cell retrieval of circulating tumor cells for genomic analysis using a dual-technology platform integrated with automated immunofuorescence staining. BMC Cancer. 2015; 15: 360. doi: 10.1186/s12885-015-1383-x.

Werbin J.L., Nordberg J.J., Tzucker J., Varshavskaya P., Stilwell J.L., Kaldjian E.P. RareCyte® CTC Analysis Step 2: Detection of Circulating Tumor Cells by CyteFinder® Automated Scanning and Semiautomated Image Analysis. Methods Mol Biol. 2017; 1634: 173–80. doi: 10.1007/978- 1-4939-7144-2_14.

Blau C.A., Ramirez A.B., Blau S., Pritchard C.C., Dorschner M.O., Schmechel S.C., Martins T.J., Mahen E.M., Burton K.A., Komashko V.M., Radenbaugh A.J., Dougherty K., Thomas A., Miller C.P., Annis J., Fromm J.R., Song C., Chang E., Howard K., Austin S., Schmidt R.A., Linenberger M.L., Becker P.S., Senecal F.M., Mecham B.H., Lee S.I., Madan A., Ronen R., Dutkowski J., Heimfeld S., Wood B.L., Stilwell J.L., Kaldjian E.P., Haussler D., Zhu J. A Distributed Network for Intensive Longitudinal Monitoring in Metastatic Triple-Negative Breast Cancer. J Natl Compr Canc Netw. 2016; 14(1): 8–17. doi: 10.6004/jnccn.2016.0003.

Chalfn H.J., Glavaris S.A., Gorin M.A., Kates M.R., Fong M.H., Dong L., Matoso A., Bivalacqua T.J., Johnson M.H., Pienta K.J., Hahn N.M., McConkey D.J. Circulating Tumor Cell and Circulating Tumor DNA Assays Reveal Complementary Information for Patients with Metastatic Urothelial Cancer. Eur Urol Oncol. 2021; 4(2): 310–4. doi: 10.1016/j. euo.2019.08.004.

Chou W.C., Wu M.H., Chang P.H., Hsu H.C., Chang G.J., Huang W.K., Wu C.E., Hsieh J.C. A Prognostic Model Based on Circulating Tumour Cells is Useful for Identifying the Poorest Survival Outcome in Patients with Metastatic Colorectal Cancer. Int J Biol Sci. 2018; 14(2): 137–46. doi: 10.7150/ijbs.23182.

Boral D., Vishnoi M., Liu H.N., Yin W., Sprouse M.L., Scamardo A., Hong D.S., Tan T.Z., Thiery J.P., Chang J.C., Marchetti D. Molecular characterization of breast cancer CTCs associated with brain metastasis. Nat Commun. 2017; 8(1): 196. doi: 10.1038/s41467-017-00196-1.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.