JP2005516217A - Methods and reagents for rapid and effective isolation of circulating cancer cells - Google Patents

Methods and reagents for rapid and effective isolation of circulating cancer cells Download PDF

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Abstract

循環している腫瘍細胞を検出し、腫瘍体質関連分子における変化につき該細胞を評価するために方法および組成物が提供される。Methods and compositions are provided for detecting circulating tumor cells and assessing the cells for changes in tumor constitution related molecules.

Description

発明の詳細な説明Detailed Description of the Invention

関連出願の相互参照
本出願は1999年2月12日に出願され、出典明示して本明細書の一部とみなされる米国特許第09/248,388号の一部継続出願である。本出願は次の米国仮出願:1998年2月12日に出願された第60/074,535号;1998年11月30日に出願された第60/110,279号;1998年11月30日に出願された第60/110,202号;2001年2月16日に出願された第60/268,859号;各々2001年2月20日に出願された第60/269,270号および第60/269,271号からの優先権を主張する。前記した全ての仮出願の全開示を出典明示して本明細書の一部とみなす。
CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application is a continuation-in-part of US patent application Ser. No. 09 / 248,388 filed on Feb. 12, 1999 and is hereby expressly incorporated by reference. This application is the following US provisional application: 60 / 074,535 filed on February 12, 1998; 60 / 110,279 filed on November 30, 1998; November 30, 1998 No. 60 / 110,202, filed on Feb. 16, 2001; No. 60 / 268,859, filed Feb. 16, 2001; No. 60 / 269,270, each filed Feb. 20, 2001, and Claim priority from 60 / 269,271. The entire disclosure of all the provisional applications mentioned above is hereby incorporated by reference and regarded as part of this specification.

発明の分野
本発明は腫瘍学の分野および診断試験に関する。本発明は癌のスクリーニング、進行のステージング、化学療法処置反応、癌再発等のモニタリングに有用である。より詳しくは、本発明は腫瘍細胞または生体試料から単離された希少細胞の分析および計数を容易にする試薬、方法および試験キットを提供する。本発明は核酸、蛋白質および炭水化物のごとき分子に関連する腫瘍体質を評価する物質および方法も提供し、これによって、計画された治療的処置方針において臨床医を援助する。
The present invention relates to the field of oncology and diagnostic tests. The present invention is useful for monitoring cancer screening, staging progression, chemotherapy treatment response, cancer recurrence and the like. More particularly, the present invention provides reagents, methods and test kits that facilitate analysis and enumeration of rare cells isolated from tumor cells or biological samples. The present invention also provides materials and methods for assessing tumor status associated with molecules such as nucleic acids, proteins, and carbohydrates, thereby assisting clinicians in planned therapeutic treatment strategies.

発明の背景
米国では毎年、約600,000人の新たな癌患者が診断される;その国の5人に一人が癌またはその治療に関連する合併症で死亡する。この疾患の治療および診断を向上させることに相当な努力が向けられている。
BACKGROUND OF THE INVENTION Approximately 600,000 new cancer patients are diagnosed each year in the United States; one in five people in the country die from cancer or complications associated with its treatment. Considerable efforts are directed at improving the treatment and diagnosis of this disease.

大部分の癌患者は早期腫瘍(primary tumor)で死ぬのではない。その代わりに、彼らは転移:原腫瘍から自身を切離し、しばしば遠くの部位にまで体内を移動する悪性細胞によって樹立された複数の広範囲に及ぶコロニーによって死亡する。原発腫瘍が早期に発見されれば、しばしば、それを外科手術、放射もしくは化学療法またはそれらの治療のうちのある組合せによって除去し得る。残念ながら、転移コロニーは、しばしば、検出も除去もかなり困難であり、しばしばそれらの全てを上手く治療するのは不可能である。したがって、臨床学的見地から、転移は癌の自然進行の最後から2番目の事象であると考えられる。さらに、転移の能力は悪性腫瘍を固有に特徴付ける特性である。   Most cancer patients do not die of primary tumors. Instead, they die from multiple widespread colonies established by metastases: malignant cells that dissociate themselves from the original tumor and often travel through the body to distant sites. If a primary tumor is discovered early, it can often be removed by surgery, radiation or chemotherapy or some combination of these treatments. Unfortunately, metastatic colonies are often quite difficult to detect and remove, and it is often impossible to treat all of them successfully. Therefore, from a clinical point of view, metastasis is considered the second last event in the natural progression of cancer. Furthermore, the ability of metastasis is a characteristic that uniquely characterizes malignant tumors.

癌転移は、複雑な一連の連続的事象を含む。すなわち:
(1)原位置から周囲組織への拡張;
(2)体腔および管内への浸透;
(3)循環系を通って遠くの部位へ輸送するための腫瘍細胞の放出;
(4)着目する部位での腫瘍の再浸潤;および
(5)腫瘍細胞生存、血管新生および腫瘍増殖を促進するように新たな環境への適用である。
Cancer metastasis involves a complex series of consecutive events. Ie:
(1) Extension from original position to surrounding tissue;
(2) penetration into body cavities and ducts;
(3) release of tumor cells for transport through the circulatory system to distant sites;
(4) Tumor re-infiltration at the site of interest; and (5) Application to a new environment to promote tumor cell survival, angiogenesis and tumor growth.

癌および癌転移の複雑性ならびに何年にもわたる癌患者の治療におけるフラストレーションに基づき、治療をガイドし、そのような治療の転移または再発に対する効果をモニターする診断試験を開発するための多くの試みがなされてきた。おそらく、そのような試験は癌のスクリーニングにも使用し得、乳房腫瘍に対するマンモグラフィーや前立腺癌に対する直腸内触診のごとき比較的粗い試験を置き換える。この目的に向って、過去20年にもわたって多数の試験が開発されてきた。最初の試みの一つは、癌胎児性抗原(CEA)のイムノアッセイの公式化である。この抗原は胎児細胞上に出現し、ある種の癌における腫瘍細胞上に再出現する。CEAならびに、PSA、CA15.3、CA125、PSMAおよびCA27.29のごとき多くの他の腫瘍抗原の試験の有用性を評価する広範囲の努力がなされてきた。しかしながら、そのような抗原の血液中での出現は一般的に予測可能ではなく、しばしば、当該患者にとってあまり期待していないときに検出される。しかしながら、過去数年間、ひとつの試験が癌の早期検出に有用であると証明された。すなわち、前立腺癌に対する前立腺特異抗原(PSA)である。追跡健康診断および生検で用いるとき、このPSA試験は、最善の治療がされる時点で、早期に前立腺癌を検出することにおいて重要な役割を演じてきた。   Based on the complexity of cancer and cancer metastasis and the frustrations in the treatment of cancer patients over many years, many of them have been developed to guide treatment and develop diagnostic tests to monitor the effects of such treatment on metastasis or recurrence Attempts have been made. Perhaps such tests can also be used for cancer screening, replacing relatively coarse tests such as mammography for breast tumors and intrarectal palpation for prostate cancer. Numerous tests have been developed for this purpose over the last 20 years. One of the first attempts is the formulation of an immunoassay for carcinoembryonic antigen (CEA). This antigen appears on fetal cells and reappears on tumor cells in certain cancers. Extensive efforts have been made to evaluate the utility of testing CEA and many other tumor antigens such as PSA, CA15.3, CA125, PSMA and CA27.29. However, the appearance of such antigens in the blood is generally not predictable and is often detected when the patient is not expecting much. However, in the past few years, one trial has proven useful for early detection of cancer. That is, prostate specific antigen (PSA) for prostate cancer. When used in follow-up medical examinations and biopsies, this PSA test has played an important role in detecting prostate cancer early when best treatment is given.

PSA試験の成功にもかかわらず、この試験は非常に望まれたままである。例えば、高レベルのPSAは常に癌と相関するわけでなく、腫瘍の転移可能性を示すものでもない。これは、一つには、PSAが他の未知の因子と同様に正常な前立腺組織の成分であることによるものであろう。さらに、多くの割合の前立腺癌の患者が局所的な疾患を持ちつづけるが、それは生命を脅かすものではないということが明かになってきた。転移する癌を持つ患者と転移しない癌を持つ患者との間のより良い調和を得ようとする要望に基づき、前立腺癌が循環するか否かを決定する試みがなされてきた。高PSAレベルおよび生検データに加えて、循環腫瘍細胞の存在は、如何に患者を積極的に治療すべきかの示唆を与えるであろう。   Despite the success of the PSA test, this test remains highly desirable. For example, high levels of PSA do not always correlate with cancer and do not indicate tumor metastasis potential. This may be due in part to the fact that PSA is a component of normal prostate tissue as well as other unknown factors. In addition, it has become apparent that a large proportion of prostate cancer patients continue to have local disease, which is not life threatening. Attempts have been made to determine whether prostate cancer circulates based on the desire to obtain better harmony between patients with metastatic cancer and patients with non-metastatic cancer. In addition to high PSA levels and biopsy data, the presence of circulating tumor cells will give suggestions on how to treat patients actively.

循環前立腺腫瘍細胞の存在を決定するための一つのアプローチは、血液中のPSAについてのメッセンジャーRNAの発現を試験することであった。これは、血液試料からの単核細胞の比重分離に続けて、これらの細胞から全てのmRNAを分離し、次いでPSAについての逆転写PCRを行うという困難な手順によってなされている。現時点で、[Gomella LG. J of Urology. 158:326-337 (1997)]、血液中のそのような細胞の存在とどの患者が積極的な治療を必要としているかの予測との間には良好な相関はない。PCRは、多くの状況で不可能ではないとしても、定量的に実行すること、すなわち、生体試料中の単位体積あたりの腫瘍細胞数を定量することは困難であることは特筆に値する。さらに、この技術を用いると、しばしば偽陽性が観察される。さらなる欠点は、検査の試料サイズに基づき感度には限界があり、実施上の制限もある。典型的には、この試験は赤血球を妨害しないように精製された10ないし10個の細胞につき実行される。これは0.1mlの血液あたり1つの腫瘍細胞の感度の実施上の下限に相当する。それゆえ、シグナルが検出されるまでに、1mlの血液中には約10個の腫瘍細胞が存在することになる。さらなる検討として、腫瘍細胞はしばしば遺伝子学的に不安定である。したがって、遺伝子再配列および配列変化を有する癌細胞は、PCRプライマーと標的配列との間の必要な配列相補性が失われ得るので、PCRアッセイにおいて見逃されるであろう。 One approach to determine the presence of circulating prostate tumor cells was to test messenger RNA expression for PSA in the blood. This is done by the difficult procedure of isolating mononuclear cells from blood samples followed by isolation of all mRNA from these cells followed by reverse transcription PCR for PSA. At the present time [Gomella LG. J of Urology. 158: 326-337 (1997)], there is good between the presence of such cells in the blood and the prediction of which patients need active treatment There is no significant correlation. It is noteworthy that PCR is difficult to perform quantitatively, ie, if not impossible in many situations, that is, to quantify the number of tumor cells per unit volume in a biological sample. Furthermore, false positives are often observed using this technique. Further disadvantages are limited sensitivity and practical limitations based on the sample size of the test. Typically, this test is performed on 10 5 to 10 6 cells purified so as not to interfere with red blood cells. This corresponds to a practical lower limit of sensitivity of one tumor cell per 0.1 ml of blood. Therefore, there will be approximately 10 tumor cells in 1 ml of blood before the signal is detected. As further consideration, tumor cells are often genetically unstable. Thus, cancer cells with gene rearrangements and sequence changes will be missed in the PCR assay as the necessary sequence complementarity between the PCR primer and the target sequence may be lost.

要約すると、有用な診断試験は非常に鋭敏で、定量性に信頼あることが必要である。1mlの血液中の単一の腫瘍細胞の存在を検出し得る血液試験が開発され得れば、それは、循環している3000〜4000個の総細胞に対する平均に相当するであろう。動物中で腫瘍を樹立する接種実験は、3000〜4000個の細胞の注入が実際に腫瘍の樹立をもたらし得る。さらに、3000〜4000個の循環している細胞が腫瘍における全細胞の0.01%を表せば、それは約4×10個の総細胞を含有するであろう。その数の細胞を含有する腫瘍は現在あるいかなる技術によっても見ることはできない。それゆえ、腫瘍細胞が癌の早期に発見されれば、上記の感度を持つ試験は癌を検出するであろう。腫瘍細胞が腫瘍サイズとある機能的相関関係にあることが解明されれば、腫瘍負荷量を評価するのに定量試験が有益であろう。今まで、非常に早期の癌における循環腫瘍細胞の存在に関する情報は存在しない。さらに、そのような細胞の存在およびそのような情報の可能性に関する医学文献はかなり疑わしい。腫瘍細胞は初期には十分に閉じ込められ、それゆえ、疾患の早期には、あったとしてもほとんど循環している細胞はないというのが一般的な見解である。また、それほど早期に癌細胞を検出する能力が有用な情報を与えるのかという疑いがある。 In summary, useful diagnostic tests need to be very sensitive and reliable in quantification. If a blood test could be developed that could detect the presence of a single tumor cell in 1 ml of blood, it would represent an average over 3000 to 4000 total cells circulating. In an inoculation experiment that establishes a tumor in an animal, injection of 3000-4000 cells can actually lead to the establishment of a tumor. Furthermore, if 3000-4000 circulating cells represent 0.01% of the total cells in the tumor, it will contain about 4 × 10 7 total cells. Tumors containing that number of cells cannot be viewed by any existing technique. Therefore, if tumor cells are found early in the cancer, the test with the above sensitivity will detect the cancer. If it is clarified that tumor cells are in some functional relationship with tumor size, quantitative tests will be useful to assess tumor burden. To date, there is no information regarding the presence of circulating tumor cells in very early cancers. Furthermore, the medical literature regarding the presence of such cells and the possibility of such information is quite questionable. The general view is that tumor cells are well confined in the early stages, and therefore there are few, if any, circulating cells early in the disease. There is also a suspicion that the ability to detect cancer cells so early provides useful information.

上記に基づき、二次腫瘍の樹立前に転移の可能性のある循環するそれらの細胞を特にできるだけ早期の癌において同定する方法が非常に所望されることが明かである。そのような試験は従来の免疫アッセイを超えるというこの利点を認識するためには、高感度免疫アッセイの機能的感度の下限が10−17モルであると考えればよい。1mlの血液から一つの腫瘍細胞を捕捉し、分析できるならば、表面受容体のモル数は、細胞あたり100,000個の受容体と仮定して、10−19モルであろう。1つの細胞上に約300分子を検出し得るので、そのようなアッセイは10−22のオーダーの機能感度を有し、それは非常注目に値する。そのような希少細胞の単離において、そのレベルの感度を達成すること、およびそれらの特性を傷つけることも干渉もせずにそれらを単離することは手に負えない仕事である。 Based on the above, it is clear that a method for identifying those circulating cells with potential for metastasis prior to the establishment of secondary tumors, particularly in the earliest possible cancers, is highly desirable. In order to recognize this advantage that such tests over conventional immunoassays, the lower limit of the functional sensitivity of a sensitive immunoassay can be considered to be 10-17 moles. If one tumor cell can be captured and analyzed from 1 ml of blood, the number of moles of surface receptor would be 10-19 moles assuming 100,000 receptors per cell. Since about 300 molecules can be detected on a single cell, such assays have a functional sensitivity on the order of 10-22 , which is very noteworthy. In isolating such rare cells, achieving that level of sensitivity and isolating them without damaging or interfering with their properties is an irresponsible task.

多くの実験的および臨床的手順が、生体試料から希少細胞を単離するための生体特異的アフィニティー反応を用いる。そのような反応は共通して、診断試験または広範囲にわたる標的物質、特に、細胞、蛋白質、細菌、ウイルス、核酸配列等の生体物の分離に用いられる。   Many experimental and clinical procedures use biospecific affinity reactions to isolate rare cells from biological samples. Such reactions are commonly used for diagnostic tests or for the separation of a wide range of target substances, in particular biological matter such as cells, proteins, bacteria, viruses, nucleic acid sequences and the like.

種々の方法が、対象の物質およびこの対象の物質が特異的に結合する別の物質との間の複合体形成に基づいて、上記標的物質を分析し、分離するのに利用可能である。未結合物質からのコンプレックスの分離は重力的に、例えば、静置または、その代わりに、標的物質にカップリングした細分割粒子またはビーズの遠心によって達成する。所望すれば、そのような粒子またはビーズを磁性化して、結合/遊離工程を容易にすることができる。磁気粒子は当該分野でよく知られ、それらは免疫または他の生体特異的アフィニティー反応に用いられる。例えば、米国特許第4,554,088号および[Immunoassays for Clinical Chemistry, pp. 147-162, Hunterら編, Churchill Livingston, Edinburgh (1993)]を参照されたし。一般的に、磁性または重力分離を容易にするいずれの物質もこの目的のために用いることができる。しかしながら、磁性分離手段が選択すべき方法であることが明かとなった。   Various methods are available for analyzing and separating the target substance based on complex formation between the substance of interest and another substance to which the substance of interest specifically binds. Separation of the complex from unbound material is accomplished gravimetrically, for example, by standing or, alternatively, centrifugation of subdivided particles or beads coupled to the target material. If desired, such particles or beads can be magnetized to facilitate the binding / release process. Magnetic particles are well known in the art and are used for immunization or other biospecific affinity reactions. See, for example, US Pat. No. 4,554,088 and [Immunoassays for Clinical Chemistry, pp. 147-162, edited by Hunter et al., Churchill Livingston, Edinburgh (1993)]. In general, any material that facilitates magnetic or gravity separation can be used for this purpose. However, it has become clear that the magnetic separation means is the method to be selected.

磁気粒子は、サイズに基づき、大(1.5ないし約50ミクロン)、小(0.7〜1.5μ)、またはナノ粒子ともよばれるコロイド(<200nm)に分類し得る。三つ目は、強磁性流体またはフェロ流体様物質としても知られ、古典的な強磁性流体の多くの特性を有し、本明細書では、ときには、コロイド状、超常磁性粒子という。   Based on size, magnetic particles can be classified as large (1.5 to about 50 microns), small (0.7-1.5 μ), or colloids (<200 nm), also called nanoparticles. The third, also known as a ferrofluid or ferrofluid-like material, has many of the properties of a classic ferrofluid and is sometimes referred to herein as a colloidal, superparamagnetic particle.

上記のタイプの小磁気粒子は、生体機能ポリマー(例えば、蛋白質)で簡便にコートされているので、生体特異的アフィニティー反応を伴う分析に非常に有用であり、非常に高い表面積を付与し、もっともらしい反応速度を与える。0.7〜1.5ミクロンの範囲にある磁気粒子は、例えば、米国特許第3,970,518号;第4,018,886号;第4,230,685号;第4,267,234号;第4,452,773号;第4,554,088号;および第4,659,678号を含む特許文献に記載されている。これらの粒子のうちのいくつかは免疫学的試薬用の有用な固体担体であることが開示されている。   The above types of small magnetic particles are conveniently coated with biofunctional polymers (eg, proteins) and are therefore very useful for analyzes involving biospecific affinity reactions, providing very high surface area, Gives a unique reaction rate. Magnetic particles in the range of 0.7 to 1.5 microns are described, for example, in U.S. Patent Nos. 3,970,518; 4,018,886; 4,230,685; 4,267,234. No. 4,452,773; 4,554,088; and 4,659,678. Some of these particles are disclosed to be useful solid carriers for immunological reagents.

磁性分離がなされ得る効率ならびに磁気標識細胞の回収および精製は、多くの要因に依存する。これらは:
・分離すべき細胞数;
・当該細胞の受容体またはエピトープ密度;
・細胞あたり磁気量;
・磁性物質の非特異的結合(NSB);
・用いる技術;
・容器の性質;
・容器表面の性質;
・媒体の粘度;および
・用いる磁性分離デバイス
を含む。系の非特異的結合のレベルが実質的に一定であれば、標的母集団が減少すればその純度も減少する。
The efficiency with which magnetic separation can be achieved and the recovery and purification of magnetically labeled cells depend on many factors. They are:
The number of cells to be separated;
The receptor or epitope density of the cell;
・ Magnetic quantity per cell;
Non-specific binding of magnetic substances (NSB);
・ Technology used;
・ The nature of the container;
-Properties of the container surface;
The viscosity of the medium; and the magnetic separation device used. If the level of non-specific binding of the system is substantially constant, its purity decreases as the target population decreases.

例えば、原混合物中で0.25%である母集団の80%を回収する0.8%NSBの系は25%の純度である。一方、初期母集団が0.01%(10個の無関係の細胞中1個の標的細胞)であって、NSBが0.001%であれば、純度は8%である。それゆえ、標本混合物中の標的物質の純度が高い程、より特異的、有効な標的物質の収集をもたらす。極度に低い非特異的結合は循環系に存在する上皮誘導腫瘍細胞のごとき希少細胞の検出および分析を容易にするのに必要とされるか、または有利である。 For example, a system of 0.8% NSB that recovers 80% of the 0.25% population in the original mixture is 25% pure. On the other hand, if the initial population is 0.01% (1 target cell in 10 6 unrelated cells) and NSB is 0.001%, the purity is 8%. Therefore, the higher the purity of the target substance in the sample mixture, the more specific and effective collection of the target substance. Extremely low non-specific binding is required or advantageous to facilitate the detection and analysis of rare cells such as epithelial derived tumor cells present in the circulatory system.

標的細胞の母集団が小さいほど、磁気標識し、回収するのがより困難であるかは余り明確ではない。さらに、標識化および回収率は、用いる磁気粒子の性質に明かに依存する。例えば、細胞をダイナール(Dynal)ビーズのごとき大磁気粒子と共にインキュベートする場合、ビーズは有効に拡散するには余りも大き過ぎるので、系の混合によって生じる衝突によって、細胞は標識される。かくして、非常に早期の癌における腫瘍細胞の場合である細胞が、1mlの血液当り1個の細胞かそれよりも少ない頻度で母集団中に存在すれば、標的細胞を標識する確率は系に添加した磁気粒子数および混合時間の長さに関連する。相当な時間、そのような粒子と共に細胞を混合するので、できる限り粒子濃度を増加させることが必要となる。しかしながら、分離により、他の血液細胞と共に混合した希少細胞を大量の磁気粒子と共に混合した希少細胞と置き換え得るが、添加し得る磁気粒子量には限界がある。後者の条件は、注目する細胞を計数するかまたはそれらを検査する能力を顕著には向上させない。   It is less clear whether the smaller the target cell population, the more difficult it is to magnetically label and recover. Furthermore, labeling and recovery are clearly dependent on the nature of the magnetic particles used. For example, when cells are incubated with large magnetic particles such as Dynal beads, the beads are too large for effective diffusion, and the cells are labeled by collisions caused by the mixing of the system. Thus, if cells that are tumor cells in very early cancers are present in the population at a frequency of 1 cell per ml of blood or less, the probability of labeling the target cell is added to the system. Related to the number of magnetic particles and the length of the mixing time. Since the cells are mixed with such particles for a considerable amount of time, it is necessary to increase the particle concentration as much as possible. However, separation can replace rare cells mixed with other blood cells with rare cells mixed with a large amount of magnetic particles, but there is a limit to the amount of magnetic particles that can be added. The latter condition does not significantly improve the ability to count the cells of interest or to examine them.

上記に基づくと、高磁性、低非特異的結合、コロイド状磁気粒子を用いる外部磁場デバイスでの高勾配磁性分離は、特に対象の細胞サブセットが全母集団中に少しの分量でしか含まれない場合、真核細胞の混合母集団から対象の細胞セブセットを分離するために選択すべき方法である。そのような物質は、それ自体の拡散特性のため、容易に血液中の腫瘍細胞のごとき希少事象を発見し、磁気標識する。腫瘍細胞分析を成功させるための磁性分離のため、磁気粒子は造血細胞上に存在しないエピトープに特異的であるべきである。   Based on the above, high-gradient magnetic separation on external magnetic field devices using high magnetic, low non-specific binding, colloidal magnetic particles, in particular, includes a small subset of the cell subset of interest in the entire population If this is the case, then this is the method that should be selected to separate the cell subset of interest from the mixed population of eukaryotic cells. Such substances easily discover rare events such as tumor cells in the blood and magnetically label due to their own diffusion properties. For magnetic separation to make tumor cell analysis successful, the magnetic particles should be specific for epitopes that are not present on hematopoietic cells.

発明の概要
一旦、腫瘍細胞が循環していると同定すれば、表現型的または生化学的に単離された細胞をさらに特徴付けることが望まれる。かくして、悪性表現型に関連する核酸、蛋白質または炭化水素のごとき特定腫瘍体質関連分子を分析することができる。特に、循環系で同定された腫瘍細胞内またはその上に存在する所定の腫瘍体質関連分子の発現レベルを測定して、癌のタイプを診断し、化学療法介在方針の効率を評価する上で臨床医を支援する方法を提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION Once a tumor cell is identified as circulating, it is desirable to further characterize the phenotypically or biochemically isolated cell. Thus, specific tumor constitution related molecules such as nucleic acids, proteins or hydrocarbons associated with a malignant phenotype can be analyzed. In particular, it is clinical in determining the type of cancer and evaluating the efficiency of chemotherapy-mediated policies by measuring the expression level of certain tumor constitution-related molecules present in or on tumor cells identified in the circulatory system Provide a way to assist the physician.

本発明の好ましい具体例において、悪性度の存在につき患者を評価する方法を提供する。この方法は造血および非造血悪性細胞を含有すると疑われる混合細胞母集団を含む患者からの生物学的標本を得ることを伴なう。次いで、この生物学的標本が当該悪性細胞に特異的に反応する検出可能に標識されたリガンドと共に混合された試料を調製し、他の試料成分を実質的に排除する。この試料を悪性細胞も特異的に標識する少なくとも1つの試薬に接触させる。次いで、この試料の分析を行って、標識細胞の存在および個数を決定する。細胞の検出は悪性度の存在を示し、標識細胞が多く存在するほど、悪性の重篤度は高い。この方法は、少なくとも一つの腫瘍体質関連分子における変化についての当該標識細胞の評価をさらに含む。一つの具体例において、この評価は当該分子をそれに対する結合親和性を有する検出可能に標識された剤に接触させることを含む。腫瘍体質関連分子は蛋白質、核酸または炭化水素であってよく、常法を用いて評価する。   In a preferred embodiment of the invention, a method is provided for assessing a patient for the presence of malignancy. This method involves obtaining a biological specimen from a patient containing a mixed cell population suspected of containing hematopoietic and non-hematopoietic malignant cells. A sample is then prepared in which the biological specimen is mixed with a detectably labeled ligand that reacts specifically with the malignant cells, substantially excluding other sample components. The sample is contacted with at least one reagent that also specifically labels malignant cells. The sample is then analyzed to determine the presence and number of labeled cells. Cell detection indicates the presence of malignancy, the more labeled cells, the higher the severity of malignancy. The method further includes evaluating the labeled cell for changes in at least one tumor constitution associated molecule. In one embodiment, the assessment includes contacting the molecule with a detectably labeled agent that has binding affinity for it. Tumor constitution-related molecules may be proteins, nucleic acids or hydrocarbons and are evaluated using conventional methods.

この方法の一つの態様は、マルチパラメータフローサイトメトリー、免疫蛍光顕微鏡法、レーザー走査サイトメトリー、明視野画像解析(bright field base image analysis)、キャピラリー容量分析(capillary volumetry)、分光画像分析マニュアル細胞解析(spectral imaging analysis manual cell analysis)、セルスポッター(Cell SpotterR)分析、セルトラックス(Cell Tracks)分析および自動細胞分析よりなる群から選択される方法によって、悪性細胞を分析する。 One aspect of this method is multi-parameter flow cytometry, immunofluorescence microscopy, laser scanning cytometry, bright field base image analysis, capillary volumetry, spectroscopic image analysis, manual cell analysis (spectral imaging analysis manual cell analysis) , cell spotter R (cell spotter R) analysis, by a method selected from the cell Tracks (cell Tracks) the group consisting of analysis and automated cell analysis, to analyze the malignant cells.

本発明の方法を用いて内科的、放射線または外科的治療後の循環する残存癌細胞を評価して、腫瘍を根絶することができる。この方法を数年の経過にわたって周期的に行って、疾患の発症、再発および/または進行の指標として、循環する腫瘍細胞の存在または個数、および腫瘍体質分子の変化につき、患者を評価することもできる。   The method of the present invention can be used to evaluate circulating cancerous cells after medical, radiation or surgical treatment to eradicate tumors. This method can also be performed periodically over the course of several years to assess patients for the presence or number of circulating tumor cells and changes in tumor constitutional molecules as an indicator of disease onset, recurrence and / or progression. it can.

本発明のさらにもう一つの態様において、治療効果を予測するための手段として腫瘍体質関連分子の変化を決定する方法が提供される。代表的な方法は、患者から試料を採取し;存在すれば、その細胞から循環悪性細胞を単離し、計数し;次いで、治療効果を予測するための手段として、その試料中に存在する個々の細胞上の少なくとも1の所定の腫瘍体質関連分子の個数を決定することを含む。そのような方法を用いて、ある治療方針の適当な用量の評価を促進するため、および/または、長期間治療効果をモニターするために用いることもできる。かくして、本発明の方法は単純な血液試験に基づく「全身」生検を提供する。   In yet another embodiment of the invention, a method is provided for determining a change in a tumor constitution related molecule as a means for predicting a therapeutic effect. A typical method is to take a sample from the patient; if present, isolate and count circulating malignant cells from the cells; then, as a means to predict the therapeutic effect, Determining the number of at least one predetermined tumor constitution related molecule on the cell. Such methods can also be used to facilitate the evaluation of an appropriate dose for a treatment strategy and / or to monitor the effect of treatment over time. Thus, the method of the present invention provides a “whole body” biopsy based on a simple blood test.

本発明のさらにもう一つの態様において、循環系から単離された腫瘍細胞を培養する方法が提供される。次いで、そのような細胞を治療剤と接触させてそれに対するそれらの感受性を評価する。そのような細胞は変化するかもしれないし、変化しないかもしれない腫瘍体質関連分子の起源も与える。かくして、本発明は、循環系から単離された腫瘍細胞またはその培養物を提供する。   In yet another embodiment of the invention, a method for culturing tumor cells isolated from the circulatory system is provided. Such cells are then contacted with a therapeutic agent to assess their sensitivity to it. Such cells also provide the origin of tumor constitution related molecules that may or may not change. Thus, the present invention provides a tumor cell or culture thereof isolated from the circulatory system.

本発明の好ましい態様において、本発明の単離循環腫瘍細胞から誘導された腫瘍ワクチンを開示する。そのような腫瘍ワクチンは循環腫瘍細胞、その断片または精製した腫瘍体質関連分子を含むであろう。   In a preferred embodiment of the present invention, a tumor vaccine derived from the isolated circulating tumor cells of the present invention is disclosed. Such tumor vaccines will contain circulating tumor cells, fragments thereof or purified tumor constitution related molecules.

本発明のさらにもうひとつの態様において、原位置の腫瘍集団(tumour mass)中に存在する細胞に対する循環腫瘍細胞の変化を同定する方法を提供する。代表的な方法は、患者からそのような腫瘍塊の生検標本を採取し、いずれかが存在すれば、患者から循環腫瘍細胞を単離する。次いで、この標本および単離した循環腫瘍細胞を複数の腫瘍体質関連分子を検出する剤の2つのパネルに接触させる。そのような剤は所望により検出可能に標識される。次いで、循環腫瘍細胞および標本に存在するあらゆる腫瘍体質関連細胞を分析して、その腫瘍体質関連分子が、生検標本に対して循環腫瘍細胞において変化しているかどうかを決定する。   In yet another embodiment of the present invention, a method for identifying changes in circulating tumor cells relative to cells present in an in situ tumor mass is provided. A typical method is to take a biopsy specimen of such a tumor mass from a patient and, if any are present, isolate circulating tumor cells from the patient. The specimen and isolated circulating tumor cells are then contacted with two panels of agents that detect multiple tumor constitution related molecules. Such agents are detectably labeled as desired. The circulating tumor cells and any tumor constitution related cells present in the specimen are then analyzed to determine whether the tumor constitution related molecules are altered in the circulating tumor cells relative to the biopsy specimen.

本発明のさらなる態様において、非造血悪性細胞の存在につき患者試料をスクリーニングするキットを提供する。本発明の代表的なキットは、(i)磁心材料、蛋白質ベースコーティング材料、および該悪性細胞の第1の特徴決定基に特異的に結合する抗体を含む被覆された磁性ナノ粒子、ここに、該抗体は、直接的または間接的に該ベースコーティング材料にカップリングし;(ii)該悪性細胞の第2の特有の決定基に結合特異性を有する少なくとも1の抗体;(iii)該悪性細胞以外の試料成分を分析から除外するための細胞特異的な色素;(iv)セルスポッターカートリッジまたはセルトラックスカートリッジよりなる群から選択されるデバイス;および腫瘍体質関連分子に対する結合親和性を有する少なくとも1の検出可能に標識された剤を含む。そのようなキットは、所望により、非標識細胞に結合親和性を有する抗体、生物学的緩衝液、浸透化緩衝液、プロトコールおよび所望により情報シートを含む。 In a further aspect of the invention, a kit for screening patient samples for the presence of non-hematopoietic malignant cells is provided. A representative kit of the invention comprises (i) a magnetic core material, a protein-based coating material, and a coated magnetic nanoparticle comprising an antibody that specifically binds to the first characteristic determinant of the malignant cell, wherein: The antibody is coupled directly or indirectly to the base coating material; (ii) at least one antibody having binding specificity for a second unique determinant of the malignant cell; (iii) the malignant cell A cell-specific dye for excluding other sample components from the analysis; (iv) a device selected from the group consisting of a Cell Spotter R cartridge or Celltrax cartridge; and at least one having binding affinity for a tumor constitutional molecule A detectably labeled agent. Such kits optionally include an antibody having binding affinity for unlabeled cells, a biological buffer, a permeabilization buffer, a protocol, and optionally an information sheet.

発明の詳細な説明
好ましい具体例によれば、本発明は生物学的試料から希少な標的生体物の急速かつ効果的な単離のための組成物、方法およびキットを提供する。記載された方法を有効に用いて、血液試料中に存在する腫瘍細胞を単離および特徴付けし、一方、非特異的に結合または捕捉された細胞の選択を最小限とすることができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION According to a preferred embodiment, the present invention provides compositions, methods and kits for the rapid and effective isolation of rare target organisms from biological samples. The described methods can be used effectively to isolate and characterize tumor cells present in a blood sample, while minimizing the selection of non-specifically bound or captured cells.

癌病期分類システムは、解剖学的に如何に癌が遠くまで広がるかを描写し、同様の予後および治療の患者を同一の病期グループに置くことを試みる。病期の概念は白血病のほとんどの形態を除き、ほとんどの全ての癌に適用可能である。白血病は血液の全てに関与するので、他の癌のように解剖学的に局在化せず、その結果、しばしば、病期の概念はこの種の癌には利用可能ではない。いくつかの形態の白血病は病期分類システムを有し、それは如何に当該疾患が進行しているかの種々の尺度を反映する。ほとんどの固形腫瘍につき、2つの関連する病期分類システムの総合病期分類(Overall Stage Grouping)およびTNMシステムである。   The cancer staging system portrays how far the cancer spreads anatomically and attempts to place patients with similar prognosis and treatment in the same staging group. The staging concept is applicable to almost all cancers except most forms of leukemia. Because leukemia is involved in all of the blood, it does not localize anatomically like other cancers, and as a result, the concept of stage is often not available for this type of cancer. Some forms of leukemia have a staging system that reflects various measures of how the disease is progressing. For most solid tumors, there are two related staging systems, Overall Stage Grouping and the TNM system.

総合病期分類(ローマ数字病期分類)システムにおいて、病状はローマ数字のI〜IVで表される4つの段階にグループ分けされ、あるいは、「再発」として分類される。一般に、病期I、すなわち早期ステージの癌は普通治療可能な小さな局在癌であるが、病期IVは普通手術不可能または転移癌を表す。病期IIおよびIIIの癌は普通局所的に進行し、および/または局所リンパ節の転移である。実際に、これらの病期分類は、厳密に定義付けられているが、定義は癌の種類それぞれについて異なる。さらに、所定の病期の予後もそれがどの種類の癌なのかに依存すると認識することが大切であり、それで、病期IIの非小細胞肺癌は病期II頚部癌から様々な予後を有する。   In a comprehensive staging (Roman numeral staging) system, the disease states are grouped into four stages, represented by the Roman numerals I-IV, or classified as “relapse”. In general, stage I, an early stage cancer, is a small localized cancer that can usually be treated, while stage IV usually represents inoperable or metastatic cancer. Stage II and III cancers usually progress locally and / or are local lymph node metastases. In fact, these staging are strictly defined, but the definition is different for each type of cancer. In addition, it is important to recognize that the prognosis for a given stage also depends on what type of cancer it is, so stage II non-small cell lung cancer has a different prognosis from stage II cervical cancer. .

前記したように、原発腫瘍が除去された数ヶ月または数年後に癌が再発するのはよくあることである。それは、原発腫瘍が発見された時点で癌細胞はすでに離れて遠い場所に宿っているがその時点で検出するのに十分おおきな腫瘍が形成されていないからである。時に、原発腫瘍の小片が最初の手術で残り、それが後に巨視的な腫瘍に成長する。全ての目に見える腫瘍を根絶した後に再発する癌は再発性疾患と呼ばれる。原発腫瘍の領域に再発する疾患は限局性再発であり、転移として再発する疾患は遠隔再発という。遠隔再発は普通病期IV疾患(時に、これらの語句は交換可能に使用される)と同様に治療される。限局性再発の重大性は遠隔再発とは全く異なり、癌の種類に依存するであろう。   As noted above, it is common for cancer to recur months or years after the primary tumor is removed. This is because when the primary tumor is discovered, the cancer cells are already located far away, but a tumor that is not large enough to be detected at that point is formed. Sometimes a small piece of the primary tumor remains in the first surgery, which later grows into a macroscopic tumor. Cancer that recurs after eradicating all visible tumors is called a recurrent disease. Disease that recurs in the area of the primary tumor is localized recurrence, and disease that recurs as metastasis is called distant recurrence. Distant recurrence is treated in the same way as normal stage IV disease (sometimes these terms are used interchangeably). The severity of localized recurrence is quite different from remote recurrence and will depend on the type of cancer.

固形腫瘍に関して、病期I〜IVは実際には「TNM」システムと呼ばれるより詳細な病期分類システムに基づいて定義される。このシステムにおいて、TNMは原発腫瘍(Tumor)、所属リンパ節(Nodes)、遠隔転移(Metastases)を意味する。これらのそれぞれは別々にカテゴリー分けられ、番号で分類されて総合病期が付与される。かくして、T1N1M0癌は、患者がT1原発腫瘍、N1リンパ節転移を有し、遠隔転移がないことを意味する。もちろん、T、NおよびMの定義はそれぞれの癌に特有でありるが、その意味を広義に定義することは可能である。   For solid tumors, stages I-IV are actually defined based on a more detailed staging system called the “TNM” system. In this system, TNM means primary tumor (Tumor), regional lymph nodes (Nodes), and distant metastases (Metastases). Each of these is categorized separately and classified by number to give a total stage. Thus, T1N1M0 cancer means that the patient has a T1 primary tumor, N1 lymph node metastasis, and no distant metastasis. Of course, the definitions of T, N, and M are specific to each cancer, but their meaning can be broadly defined.

T:腫瘍 − 原発腫瘍の程度を分類し、通常T0からT4として表される。T0は局所細胞への浸潤をまだ開始していない腫瘍を意味する。これは「原位置(In Situ)」と呼ばれる。一方、T4は、おそらく直接浸潤によって他の器官を浸潤し、普通手術が不可能である大きな原発腫瘍を意味する。   T: Tumor—Classifies the extent of the primary tumor and is usually expressed as T0 to T4. T0 means a tumor that has not yet begun to invade local cells. This is called “In Situ”. On the other hand, T4 refers to a large primary tumor that invades other organs, possibly by direct invasion, and is not usually capable of surgery.

N:リンパ節 − 限局リンパ節転移の量を分類する。遠隔リンパ節の転移は転移性疾患とみなされる。まさにどのリンパ節が限局性であるかの定義は癌の種類に依存する。N0はリンパ節転移がないことを意味し、一方N4は広範囲にわたる転移を意味する。一般に、転移がより広範囲であるほど、転移した節がより肥大し、(依然として限局性であるが)より遠隔まで節転移したことを意味する。   N: Lymph node-classifies the amount of regional lymph node metastasis. Distant lymph node metastasis is considered a metastatic disease. The definition of exactly which lymph nodes are localized depends on the type of cancer. N0 means no lymph node metastasis, while N4 means extensive metastasis. In general, the wider the metastasis, the larger the node that has metastasized, meaning that the node has metastasized more distantly (although it is still localized).

M:遠隔転移 − Mは、転移がなければM0または、転移があればM1のいずれかである。総合病期分類のように、TおよびNについての正確な定義は様々な癌の種類それぞれによって異なる。   M: Distant metastasis-M is either M0 if there is no metastasis or M1 if there is metastasis. As with overall staging, the exact definitions for T and N vary with each different cancer type.

大部分の腫瘍学者は、TNMシステムの方がより厳密なカテゴリーを与えるので、IからIVシステムよりも厳密であると考えている。しかしながら、実際には、これら2つのシステムは関連している。IからIV分類は実際にはTNMシステムを用いて定義している。例えば、病期II非小細胞肺癌は、T1またはT2原発腫瘍であり、N1リンパ節転移を伴い、転移がない(M0)ことを意味する。   Most oncologists consider the TNM system to be more rigorous than the I to IV system because it gives a more rigorous category. In practice, however, these two systems are related. The I to IV classification is actually defined using the TNM system. For example, Stage II non-small cell lung cancer is a T1 or T2 primary tumor, with N1 lymph node metastases, meaning no metastases (M0).

多くの臨床医は、癌はその早期ステージにおいては器官限局疾患であると確信している。本明細書に提示したデータに基づくと、この考えは間違いである。事実、データは、癌はしばしば現在利用可能な方法を用いて最初に検出した時点で全身の疾患であることを明かにしている。それゆえ、循環系中の腫瘍細胞の存在をマンモグラフィーまたはPSA測定のごとき他の試験に代えてまたはそれと共に用いて、癌をスクリーニングし得る。標的細胞上または内の関連するマーカーに指向された適当なモノクローナル抗体を用いることによって、または細胞蛋白質発現についての他のアッセイを用いて、または細胞内mRNAの分析によって、そのような細胞の器官起源、例えば、乳癌、前立腺癌、大腸癌、肺癌、卵巣癌、または他の非造血細胞癌を容易に決定することができる。かくして、癌細胞を検出し得るが、実質的に腫瘍の臨床学的徴候がない場合、それは、それらの存在並びに起源器官を同定することが可能である。スクリーニングは、本明細書に記載される本発明の比較的単純で、高度の感度および特異性の血液試験で実行し得るので、その試験は「全身生検」と考えられる。さらに、本明細書に記載されたデータに基づき、癌は潜在的に非常に有害な転移細胞の存在によって特徴付けられ、したがって治療される血液媒介疾患であると考えられる。例えば、手術後に、絶対に循環している腫瘍細胞の検出可能な証拠がない場合、放射線、ホルモン療法または化学療法のごとき追跡治療が必要かどうかをさらなる臨床実験から決定することが可能であろう。患者がそのような治療を必要とするか、またはその効果を予測することは、そのような療法のコストを考慮すると、重要でかつ有益な臨床情報でである。   Many clinicians believe that cancer is an organ-confined disease in its early stages. Based on the data presented here, this idea is wrong. In fact, the data reveal that cancer is often a systemic disease when first detected using currently available methods. Therefore, the presence of tumor cells in the circulatory system can be used in place of or in conjunction with other tests such as mammography or PSA measurements to screen for cancer. Organ origin of such cells by using appropriate monoclonal antibodies directed to relevant markers on or in target cells, or using other assays for cellular protein expression, or by analysis of intracellular mRNA For example, breast cancer, prostate cancer, colon cancer, lung cancer, ovarian cancer, or other non-hematopoietic cell cancer can be readily determined. Thus, if cancer cells can be detected but there are virtually no clinical signs of the tumor, it is possible to identify their presence as well as the organ of origin. Because screening can be performed with the relatively simple, highly sensitive and specific blood tests of the invention described herein, the test is considered a “whole body biopsy”. Furthermore, based on the data described herein, cancer is characterized by the presence of potentially highly harmful metastatic cells and is therefore considered a blood-borne disease to be treated. For example, if there is no detectable evidence of absolutely circulating tumor cells after surgery, it may be possible to determine from further clinical experiments whether follow-up treatment such as radiation, hormonal therapy or chemotherapy is necessary . It is important and useful clinical information that a patient needs such treatment or predicts its effect, given the cost of such therapy.

本明細書のデータから、循環系中の腫瘍細胞数がこの疾患の開始から最終フェーズまでの進行段階と関連することも明らかである。   From the data herein, it is also clear that the number of tumor cells in the circulatory system is associated with the progression stage from the onset to the final phase of the disease.

「標的生体物」なる用語は、本明細書で用いるとき、生物学的または医学的対象の広範な物質をいい、当該標本中に存在する「非標的」物質と区別し得る。例えば、ホルモン、蛋白質、ペプチド、レクチン、オリゴヌクレオチド、薬物、化学物質、核酸分子(例えば、RNAおよび/またはDNA)および、細胞、ウイルス、細菌等の生体粒子を含む生体起源の粒状分析物を含む。本発明の好ましい具体例において、本発明の組成物、方法およびキットを用いて、母体循環中の胎児細胞または循環癌細胞のごとき希少細胞を非標的細胞および/または他の生体物から効率的に単離することができる。   The term “target organism” as used herein refers to a wide range of substances of biological or medical interest and can be distinguished from “non-target” substances present in the specimen. For example, hormones, proteins, peptides, lectins, oligonucleotides, drugs, chemicals, nucleic acid molecules (eg, RNA and / or DNA) and particulate analytes of biological origin including biological particles such as cells, viruses, bacteria, etc. . In a preferred embodiment of the invention, the compositions, methods and kits of the invention are used to efficiently remove rare cells such as maternal circulating fetal cells or circulating cancer cells from non-target cells and / or other organisms. Can be isolated.

「生物学的標本」なる用語は、限定されるものではないが、末梢血、組織ホモジネート、乳頭吸引物、結腸洗浄物、喀痰、気管支洗浄物、およびヒト対象から入手可能ないずれの他の細胞起源を限定されることなく含む細胞含有体液を含む。代表的な組織ホモジネートは乳癌患者の徴候リンパ節から入手可能である。「抗原決定基」なる用語は、前記標的生体物のいずれかに対する言及に用いられるとき、広く、免疫反応をしばしば発生する高分子抗原上に存在する化学的モザイクをいう。抗原決定基は「エピトープ」と交換可能に用いることもできる。抗原決定基は生体特異的リガンドまたは生体特異的試薬によって特異的に結合することができ、(リガンドまたは試薬のごとき)特異的結合物質への選択的結合に関与し、それを担う標的生体物の一部分をいい、その存在は選択的結合が発生するのに必要である。基礎的な用語において、抗原決定基は、特異的結合反応において、それに対して結合親和性を有する剤、リガンドおよび/または試薬によって認識される標的生体物上の分子接触領域である。   The term “biological specimen” includes, but is not limited to, peripheral blood, tissue homogenate, nipple aspirate, colon lavage, sputum, bronchial lavage, and any other cell available from a human subject. Includes cell-containing body fluids including, without limitation, origin. Representative tissue homogenates are available from symptomatic lymph nodes of breast cancer patients. The term “antigenic determinant”, when used to refer to any of the target organisms, refers broadly to a chemical mosaic present on a macromolecular antigen that often generates an immune response. Antigenic determinants can also be used interchangeably with “epitope”. An antigenic determinant can be specifically bound by a biospecific ligand or biospecific reagent and participates in and selectively binds to a specific binding substance (such as a ligand or reagent) A part, the presence of which is necessary for selective binding to occur. In basic terms, an antigenic determinant is a molecular contact region on a target organism that is recognized by agents, ligands and / or reagents having binding affinity for it in a specific binding reaction.

「特異的結合対」なる用語は、本明細書で用いるとき、抗原−抗体、受容体−ホルモン、受容体−リガンド、アゴニスト−アンタゴニスト、レクチン−炭化水素、核酸(RNAまたはDNA)ハイブリダイジング配列、Fc受容体またはマウスIgG−プロテインA、アビジン−ビオチン、ストレプトアビジン−ビオチンおよびウイルス−受容体の相互作用を含む。「遺伝子特異的プロービング」なる用語は、腫瘍体質関連分子に相補的な核酸分子を用いてそのような分子の存在または不存在を検出する方法をいう。そのような核酸は検出可能に標識することもできるし、しないこともできる。様々な他の抗原決定基−特異的結合物質の組合せが本発明の方法の実施に使用することが意図され、それは当業者に明らかであろう。「腫瘍体質」なる語句は、本明細書で用いられるとき、悪性疾患に対する素質性感受性または素因をいう。悪性疾患に対する感受性または素因は遺伝するか、または調節異常細胞増殖をもたらす体細胞突然変異によるであろう。「腫瘍体質関連分子」なる語句は、細胞が正常から悪性の表現型に進行するときに生化学的に変化するかまたは異常発現する細胞内または細胞外分子をいう。そのような分子は、限定されるものではないが、ホルモン、ホルモン関連蛋白質、癌遺伝子、腫瘍抑制蛋白質、アポトーシス関連分子、細胞周期および増殖関連分子、悪性に関連する炭化水素分子、細胞骨格蛋白質および細胞−細胞接触の維持に関与する蛋白質を含む。蛋白質、核酸および炭化水素を含む腫瘍体質関連分子を分析する方法は、[Current Protocols in Molecular Biology, F.M Ausubel et al. eds. John Wiley & Sons, Inc. NY, NY (1999)]に見られる。腫瘍体質関連分子の変化した発現レベルまたは変化した分子構造の評価は、治療の設計およびモニタリング方針の助けとなる価値ある情報を当該臨床医に提供する。   The term “specific binding pair” as used herein refers to antigen-antibody, receptor-hormone, receptor-ligand, agonist-antagonist, lectin-hydrocarbon, nucleic acid (RNA or DNA) hybridizing sequence. Fc receptor or mouse IgG-protein A, avidin-biotin, streptavidin-biotin and virus-receptor interactions. The term “gene-specific probing” refers to a method of detecting the presence or absence of such a molecule using a nucleic acid molecule that is complementary to a tumor constitution associated molecule. Such nucleic acids may or may not be detectably labeled. A variety of other antigenic determinant-specific binding agent combinations are contemplated for use in practicing the methods of the invention and will be apparent to those skilled in the art. The term “tumor constitution” as used herein refers to a predisposition or predisposition to malignancy. Susceptibility or predisposition to malignant disease may be inherited or may be due to somatic mutation that results in dysregulated cell proliferation. The phrase “tumor constitution associated molecule” refers to an intracellular or extracellular molecule that changes biochemically or is abnormally expressed when a cell progresses from a normal to a malignant phenotype. Such molecules include, but are not limited to, hormones, hormone related proteins, oncogenes, tumor suppressor proteins, apoptosis related molecules, cell cycle and proliferation related molecules, malignantly related hydrocarbon molecules, cytoskeletal proteins and Contains proteins involved in maintaining cell-cell contact. Methods for analyzing tumor constitutional molecules including proteins, nucleic acids and hydrocarbons can be found in [Current Protocols in Molecular Biology, F. M. Ausubel et al. Eds. John Wiley & Sons, Inc. NY, NY (1999)]. Assessment of altered expression levels or altered molecular structure of tumor constitution related molecules provides the clinician with valuable information to aid in the design and monitoring strategy of treatment.

「悪性細胞」なる語句は、生化学的および/またはフェノタイプ的に変化して、細胞増殖および/または局在化の正常なストリンジェントな制御が失われた細胞をいう。悪性細胞は循環系には通常存在しない。   The term “malignant cell” refers to a cell that has changed biochemically and / or phenotypically and has lost normal stringent control of cell growth and / or localization. Malignant cells are usually absent from the circulatory system.

「抗体」なる用語は、本明細書で用いるとき、免疫グロブリン、モノクローナルもしくはポリクローナル抗体、F(ab)のごとき免疫反応性免疫グロブリンフラグメント、および一本鎖抗体(sfV)を含む。本発明において、伝統的に作製された抗体と同様の特異性を持つ抗原決定基を特異的に認識するペプチド、オリゴヌクレオチドまたはそれらの組合せを用いることも意図される。前記のごとく、相補的核酸は「特異的結合対」の意味に包含される。「検出可能な標識」なる用語は、本明細書で用いられるとき、物理的手段または化学的手段による直接的または間接的のいずれかのその検出または測定が当該試験試料中の標的生態物の存在の指標となるいずれの物質をもいう。有用な検出可能な標識の代表例は、限定されるものではないが、以下のもの:吸光、蛍光、回折、光散乱、リン光またはルミネッセンス特性に基づき直接的または間接的に検出可能な分子またはイオン;それらの放射特性によって検出可能な分子またはイオン;それらの核磁気共鳴または常磁性特性によって検出可能な分子またはイオンを含む。例えば、吸光または蛍光に基づき間接的に検出可能な分子群の中には、例えば、非吸光性から吸光性分子へ、または非蛍光性から蛍光性分子へと転換する適当な基質を生じる種々の酵素が含まれる。   The term “antibody” as used herein includes immunoglobulins, monoclonal or polyclonal antibodies, immunoreactive immunoglobulin fragments such as F (ab), and single chain antibodies (sfV). In the present invention, it is also contemplated to use peptides, oligonucleotides or combinations thereof that specifically recognize antigenic determinants with the same specificity as traditionally produced antibodies. As mentioned above, complementary nucleic acids are encompassed within the meaning of “specific binding pair”. The term “detectable label” as used herein refers to the presence of a target organism in the test sample, either directly or indirectly by physical or chemical means. Any substance that can be an indicator of Representative examples of useful detectable labels include, but are not limited to, the following: molecules that can be detected directly or indirectly based on absorbance, fluorescence, diffraction, light scattering, phosphorescence or luminescence properties Ions; molecules or ions detectable by their radiative properties; molecules or ions detectable by their nuclear magnetic resonance or paramagnetic properties. For example, among the group of molecules that can be indirectly detected based on absorbance or fluorescence, various molecules that yield suitable substrates that convert, for example, from non-absorbing to absorbing molecules or from non-fluorescent to fluorescent molecules. Enzymes are included.

「実質的な排除のために」なる語句は、生体特異的リガンドまたは生体特異的試薬とその対応する標的抗原決定基との間の結合反応の特異性をいう。生体特異的なリガンドおよび試薬はそれらの標的抗原決定基に対して特異的結合活性を有するが、他の試料成分に対して低レベルの非特異的結合も示す。   The phrase “for substantial exclusion” refers to the specificity of the binding reaction between the biospecific ligand or biospecific reagent and its corresponding target antigenic determinant. Biospecific ligands and reagents have specific binding activity for their target antigenic determinants, but also exhibit low levels of non-specific binding to other sample components.

「早期ステージの癌」なる語句は、本明細書において、「病期I」または「病期II]癌と交換可能で用いられ、器官限局性であると臨床的に決定されたそれらの細胞をいう。乳癌患者に対するマンモグラフィーまたは肺癌患者に対するX線のごとき常用によって検出するには小さすぎる腫瘍も含まれる。マンモグラフィーは約2×10細胞を有する腫瘍を検出し得るが、本発明はほぼこのサイズ以下の腫瘍からの循環癌細胞の検出を可能にする。 The phrase “early stage cancer” is used herein to refer to those cells that have been used interchangeably with “Stage I” or “Stage II” cancer and clinically determined to be organ-localized. Also included are tumors that are too small to be detected by routine use, such as mammography for breast cancer patients or x-rays for lung cancer patients, although mammography can detect tumors with about 2 × 10 8 cells, but the present invention is about this size. Allows detection of circulating cancer cells from the following tumors:

「富化」なる用語は、本明細書で用いるとき、処理した分析用試料における非標的物質に対する標的生体物(例えば、腫瘍細胞)の比率を元来の生体試料における比率と比較して、実質的に増大する方法をいう。末梢血を出発物質として用いる場合、富化の程度を評価するとき赤血球は数に入れない。本発明の方法を用いて、白血球に対して循環上皮細胞を少なくとも2、500倍、より好ましくは5,000倍および最も好ましくは10,000倍の程度にまで富化することができる。   The term “enrichment”, as used herein, means that the ratio of target biological matter (eg, tumor cells) to non-target material in a treated analytical sample is compared to the ratio in the original biological sample. Is a method that increases in number. When peripheral blood is used as a starting material, red blood cells are not counted when assessing the degree of enrichment. Using the method of the invention, circulating epithelial cells can be enriched to at least 2,500 times, more preferably 5,000 times and most preferably 10,000 times the leukocytes.

「クローン増殖(clonal expansion)」なる語句は、単離した循環腫瘍細胞に対する言及において用いるとき、単離した細胞を細胞が増殖する条件下で培養する方法をいう。単一細胞をコロニーを形成するように培養することができ、次いで、それをクローン増殖して、実質的にホモジニアスな癌細胞を生成することができる。そのような細胞の部分または細胞自体を用いて腫瘍ワクチンを作製することができる。「腫瘍ワクチン」なる語句は、本明細書で用いるとき、免疫反応を刺激するのに用い得る腫瘍細胞の特異的蛋白質を含有する剤をいう。ワクチンはウイルス、小蛋白質または全細胞を含み得る。アデノウイルス関連ベクターでイフェクトした腫瘍細胞を用いて腫瘍ワクチンを作製する方法は、米国特許第6,171,597号に開示されている。循環腫瘍細胞から腫瘍細胞を作製するさらなる方法は米国特許第5,993,829号に開示されている。   The phrase “clonal expansion” when used in reference to isolated circulating tumor cells refers to a method of culturing the isolated cells under conditions in which the cells grow. Single cells can be cultured to form colonies, which can then be clonally expanded to produce substantially homogeneous cancer cells. Tumor vaccines can be made using portions of such cells or the cells themselves. The phrase “tumor vaccine” as used herein refers to an agent containing a tumor cell specific protein that can be used to stimulate an immune response. Vaccines can contain viruses, small proteins or whole cells. A method for making tumor vaccines using tumor cells transfected with adenovirus-related vectors is disclosed in US Pat. No. 6,171,597. A further method for generating tumor cells from circulating tumor cells is disclosed in US Pat. No. 5,993,829.

本発明を実施するのに用いた好ましい磁気粒子または磁性流体はコロイドとして挙動する粒子である。かかる粒子は、一般的には約200ナノメーターnm(0.20ミクロン)未満であるそれらのサブミクロン粒子サイズ、および延長された時間の溶液からの重力分離に対するそれらの安定性により特徴付けられる。多数の他の有利さに加えて、このサイズ範囲は、それらを細胞分析に一般的に適用される分析技術では本質的には可視ではない。90−150nmの範囲内で、かつ70−90%の磁気量の間を有する粒子は、本発明に用いられると考えられる。適当な磁気粒子は、磁心に、結合、例えば、物理的に吸着したか、または共有結合し、コロイド特性を安定化させる分子により囲まれた超磁気材料の結晶心よりなる。そのコーティング材料は、好ましくは、試料中で見出される生物学的マクロ分子と磁心との間の非特異的な相互作用を防止するのに有効な量にて適用すべきであろう。かかる生物学的マクロ分子には、非標的細胞、レクチン、糖タンパク質および他の膜成分の表面上のシアル酸残基のごとき炭水化物を含み得る。加えて、その材料は、出来るだけ高い磁気量/ナノ粒子を含むべきである。芯を含む磁気水晶(crystal)のサイズは十分に小さく、それらが完全な磁気ドメインを含んでいない。ナノ粒子のサイズは、それらのブラウン運動エネルギーがそれらの磁気モーメントを越えるように十分小さい。従って、これらのコロイド状の磁気粒子のN極、S極整列および引き続いての相互の引力/反発力は、それらの溶液安定性に寄与して、中程度の強磁場においてさえ生じないらしい。最後に、磁気粒子は高磁気勾配外部場分離器において分離可能であろう。その特性は、試料処理を促進し、強磁性ビーズまたは鋼綿が負荷されたより複雑な内部勾配カラムに対して経済的有利さを提供する。前記の特性を有する磁気粒子は、米国特許第4,795,698号、第5,597,531号および第5,698,271号に記載されたベース材料の修飾により調製できる。それらのベース材料からのそれらの調製が後記される。   Preferred magnetic particles or ferrofluids used to practice the present invention are particles that behave as colloids. Such particles are generally characterized by their submicron particle size, which is less than about 200 nanometer nm (0.20 microns), and their stability against gravity separation from extended time solutions. In addition to numerous other advantages, this size range is essentially invisible to analytical techniques that are commonly applied to cell analysis. Particles having a magnetic quantity in the range of 90-150 nm and between 70-90% are considered to be used in the present invention. Suitable magnetic particles consist of a crystalline core of supermagnetic material surrounded by molecules that bind, eg physically adsorb, or covalently bond to the magnetic core and stabilize the colloidal properties. The coating material should preferably be applied in an amount effective to prevent non-specific interactions between the biological macromolecules found in the sample and the magnetic core. Such biological macromolecules can include carbohydrates such as sialic acid residues on the surface of non-target cells, lectins, glycoproteins and other membrane components. In addition, the material should contain as high a magnetic quantity / nanoparticle as possible. The size of the magnetic crystals including the core is small enough that they do not contain complete magnetic domains. The size of the nanoparticles is small enough so that their Brownian kinetic energy exceeds their magnetic moment. Thus, the N-pole, S-pole alignment and subsequent mutual attractive / repulsive forces of these colloidal magnetic particles do not appear to occur even in moderately strong magnetic fields, contributing to their solution stability. Finally, the magnetic particles will be separable in a high magnetic gradient external field separator. Its properties facilitate sample processing and provide an economic advantage over more complex internal gradient columns loaded with ferromagnetic beads or cotton wool. Magnetic particles having the above properties can be prepared by modification of the base materials described in US Pat. Nos. 4,795,698, 5,597,531, and 5,698,271. Their preparation from their base materials is described below.

悪性腫瘍は、隣接する組織に侵入するそれらの能力により特徴付けられる。一般には、1mmの直径を持つ腫瘍が血管新生化され、動物試験は、腫瘍に存在する細胞の4%もが24時間の期間において循環へ流れ得ることを示す(Butler, TP & Gullino PM, 1975 Cancer Research 35:512-516)。腫瘍の流れる能力は、腫瘍の攻撃性に最も恐らく依存する。腫瘍が流れ出る容量は、最も腫瘍の攻撃性に依存しそうである。腫瘍細胞は、連続的に循環へ流されるが、全くまたは小さな画分だけが遠隔転移に上がるであろうと考えられている(ButlerおよびGullino, 前記)。以下の仮定を用いると、循環中での腫瘍細胞の頻度を以下のように概算できる:
1. 1mmの直径を持つ腫瘍は10個の細胞を含み、4%または4×10個の細胞が24時間の期間に循環へ流されるであろう;
2. 腫瘍細胞は単に1回の循環サイクルで存続する;
3. 約5リットルの血液量;および
4. 5000ml/分の心拍出量。
Malignant tumors are characterized by their ability to invade adjacent tissues. In general, tumors with a diameter of 1 mm are vascularized and animal studies show that as much as 4% of the cells present in the tumor can flow into the circulation in a 24 hour period (Butler, TP & Gullino PM, 1975). Cancer Research 35: 512-516). The ability of a tumor to flow is most likely dependent on the aggressiveness of the tumor. The volume that the tumor flows out is most likely dependent on the aggressiveness of the tumor. It is believed that tumor cells are continuously circulated into the circulation, but only a small fraction or only a small fraction will rise to distant metastasis (Butler and Gullino, supra). Using the following assumptions, the frequency of tumor cells in circulation can be estimated as follows:
1. A tumor with a diameter of 1 mm contains 10 7 cells and 4% or 4 × 10 5 cells will be circulated into the circulation in a 24 hour period;
2. Tumor cells persist in only one circulation cycle;
3. blood volume of about 5 liters; and 4. cardiac output of 5000 ml / min.

かかる場合では、1mm直径の腫瘍を持つ患者の末梢血中の腫瘍細胞の頻度は、約6個の腫瘍細胞/100ml血液である。腫瘍集団(tumor mass)の増加は、循環している腫瘍細胞の頻度の増加に比例すると期待できる。これがその場合であると判明したならば、このレベルの感度で利用可能な方法は、遠隔転移を持つ患者ならびに局所疾患を持つものにおける腫瘍負荷の評価を促すであろう。局所疾患を持つ患者の末梢血中の腫瘍細胞の検出は、早期のステージで腫瘍を検出するだけでなく、腫瘍の潜在的な侵入性に関する表示を提供する可能性を有する。   In such a case, the frequency of tumor cells in the peripheral blood of a patient with a 1 mm diameter tumor is approximately 6 tumor cells / 100 ml blood. The increase in tumor mass can be expected to be proportional to the increase in the frequency of circulating tumor cells. If this proves to be the case, methods available with this level of sensitivity will facilitate assessment of tumor burden in patients with distant metastases as well as those with local disease. Detection of tumor cells in the peripheral blood of patients with local disease has the potential to not only detect tumors at an early stage, but also provide an indication of the potential invasiveness of the tumor.

いくつかの研究は、自己の末梢血幹細胞移植のための乳癌を持つ患者から収穫された白血球除去(leukopheresis)生成物中に癌細胞の存在を報告している(Brugger Wら (1994) Blood 83:636-640; Brockstein BEら (1996) J of Hematotherapy 5:617; Ross AAら (1993) Blood 82:2605; Ross AA. (1998) J of Hematotherapy. 7:9-18; Moss TJら (1994) J. Hematotherapy. 3:163-163)。移植生成物中の腫瘍細胞が転移を確立する可能性を有するので、これらの発見は自家移植のためのこの手順の使用の批判を促した。加えて、播種性疾患を持つ個人から得られた場合に、白血球除去生成物はより腫瘍細胞を含みそうであると判明した(Bruggerら, 1994, 前記)。しかしながら、これらの研究は定量的データを報告しても、また、局所疾患を持つ患者の末梢血中で腫瘍細胞を見つけることができるとも報告していない。これらの観察を得て、末梢血中の腫瘍細胞数をカウントする高度に敏感で、かつ定量的なテストを用いて実際上の腫瘍負荷を測定し得ると仮定できる。かかる試験の実現可能性を評価するために、テストされるべき血液量によってのみ制限される循環している癌細胞の正確な計数を可能とする敏感な細胞アッセイ法が開発された。   Several studies have reported the presence of cancer cells in leukopheresis products harvested from patients with breast cancer for autologous peripheral blood stem cell transplantation (Brugger W et al. (1994) Blood 83. : 636-640; Brockstein BE et al. (1996) J of Hematotherapy 5: 617; Ross AA et al. (1993) Blood 82: 2605; Ross AA. (1998) J of Hematotherapy. 7: 9-18; Moss TJ et al. ) J. Hematotherapy. 3: 163-163). These findings prompted the criticism of the use of this procedure for autologous transplantation because tumor cells in the transplant product have the potential to establish metastases. In addition, it has been found that leukocyte removal products are more likely to contain tumor cells when obtained from individuals with disseminated disease (Brugger et al., 1994, supra). However, these studies do not report quantitative data nor report that they can find tumor cells in the peripheral blood of patients with local disease. With these observations, it can be assumed that the actual tumor burden can be measured using a highly sensitive and quantitative test that counts the number of tumor cells in the peripheral blood. In order to assess the feasibility of such a test, a sensitive cell assay has been developed that allows accurate counting of circulating cancer cells limited only by the volume of blood to be tested.

多数の異なる細胞分析プラットフォームを用いて、富化した試料中の細胞を同定および計数できることに注目すべきである。かかる分析プラットフォームの例は、各々、米国特許第5,876,593号;第5,985,153号および第6,136,182号に記載された、実施例IIに記載された細胞のマニュアル観察のための顕微鏡検出を用いる磁気的細胞固定化および分析システムのImmuniconのセルスポッターシステム、ならびにより新型の自動的光学走査システムのセルトラックスシステムである。マニュアルまたは自動化の定量および定性の細胞分析を開示する前記の全ての米国特許出願をここに出典明示して本明細書の一部とみなす。かかるデバイスは、本発明の診断用およびモニタリング用キットに利益をもたらすために用いることもできる。 It should be noted that many different cell analysis platforms can be used to identify and enumerate cells in the enriched sample. An example of such an analysis platform is the manual observation of the cells described in Example II, described in US Pat. Nos. 5,876,593; 5,985,153 and 6,136,182, respectively. Imunicon's Cell Spotter R system, a magnetic cell immobilization and analysis system with microscopic detection, and a newer automatic optical scanning system, Celltrax system. All of the aforementioned US patent applications disclosing manual or automated quantitative and qualitative cell analysis are hereby incorporated by reference. Such devices can also be used to benefit the diagnostic and monitoring kits of the present invention.

他の分析プラットフォームには、レーザー走査サイトメトリー(Compucyte)、明視野画像解析(Chromavision)およびキャピラリー容量分析(Biometric Imaging)が含まれる。   Other analytical platforms include laser scanning cytometry (Compucyte), bright field image analysis (Chromavision) and capillary volumetric analysis (Biometric Imaging).

本発明の好ましい具体例の方法および組成物を用いる血液中の循環している上皮細胞の計数は、血液からの上皮細胞の免疫磁気選択(富化)に続いてのマルチパラメータフローサイトメトリーによる試料の分析によって達成される。免疫磁気試料調製は、試料量を低下させ、標的(上皮)細胞の10倍の富化を得るために重要である。マルチパラメータフローサイトメトリー分析に用いる試薬は、2つの光散乱および3つの蛍光パラメーターのリストモード(listmode)収集により創製された多次元空間におけるユニークな位置に位置するように最適化されている。これらには以下が含まれる:
1)白血球(非腫瘍細胞)を同定するための汎白血球抗原、CD45に対する抗体;
2)残存する赤血球、血小板および他の核がない事象の排除を可能とする細胞タイプ特異的または核酸の色素;および
3)サイトケラチンに対して指向された生物学的に特異的な試薬または抗体、あるいは細胞を免疫磁気的に選択するのに用いるものとは異なるEpCAMエピトープに特異性を有する抗体。
Counting circulating epithelial cells in blood using the methods and compositions of the preferred embodiments of the present invention is a sample by multi-parameter flow cytometry following immunomagnetic selection (enrichment) of epithelial cells from blood. Achieved through analysis of Immunomagnetic sample preparation, reduces the amount of sample, it is important to obtain 10 4 fold enrichment of the target (epithelial) cells. Reagents used for multi-parameter flow cytometry analysis are optimized to be located at a unique location in a multi-dimensional space created by two light scattering and three fluorescence parameter listmode collections. These include the following:
1) An antibody against CD45, a pan-leukocyte antigen for identifying leukocytes (non-tumor cells);
2) cell type-specific or nucleic acid dyes that allow the elimination of residual red blood cell, platelet and other nuclear-free events; and 3) biologically specific reagents or antibodies directed against cytokeratin Or an antibody having specificity for an EpCAM epitope different from that used to immunomagnetically select cells.

富化された腫瘍細胞集団の分析方法が本発明の意図した使用に依存するであろうことは当業者により認識されるであろう。例えば、後記されるごとく、癌のスクリーニングあるいは疾患の再発ついてのモニタリングにおいて、循環している上皮細胞の数は非常に低くなりかねない。(静脈穿刺中に導入した場合に非常にあり得そうであるが、)いくらかの「通常」レベルの上皮細胞が存在するので、上皮細胞を通常の細胞または腫瘍細胞と同定する分析方法が望ましい。その場合には、顕微鏡ベースの分析が、最も正確なものであると分かり得る。また、かかる検査は、形態学の評価、既知の腫瘍体質関連分子(例えば、癌遺伝子)の同定を含み得る。本発明の方法に従いさらに分析できる適当な腫瘍体質関連分子を実施例11に供する。   It will be appreciated by those skilled in the art that the method of analysis of the enriched tumor cell population will depend on the intended use of the invention. For example, as described below, the number of circulating epithelial cells can be very low in cancer screening or monitoring for disease recurrence. Analytical methods that identify epithelial cells as normal or tumor cells are desirable because there are some “normal” levels of epithelial cells (though very likely when introduced during venipuncture). In that case, a microscope-based analysis can be found to be the most accurate. Such testing may also include morphological assessment and identification of known tumor constitution related molecules (eg, oncogenes). Suitable tumor constitution related molecules that can be further analyzed according to the method of the present invention are provided in Example 11.

あるいは、循環している上皮細胞の数が通常の集団において観察されたものをはるかに越える疾患状態において、かかる細胞を計数する分析方法は十分であろう。本明細書に記載された方法による患者の状態の決定は、通常の集団に存在する循環している希少細胞数の統計的な平均に基づいて作成される。また、本明細書に記載のごとく、早期ステージの癌患者、および積極的な転移の癌を持つ患者における循環している上皮細胞レベルも統計的に決定できる。   Alternatively, analytical methods that count such cells in disease states where the number of circulating epithelial cells far exceeds that observed in the normal population would be sufficient. Determination of patient status by the methods described herein is made based on a statistical average of the number of circulating rare cells present in a normal population. In addition, as described herein, circulating epithelial cell levels in early stage cancer patients and patients with aggressive metastatic cancer can also be statistically determined.

以下の実施例は本発明の実施を促すために提供される。これらの実施例は、何ら本発明の範囲を制限することを意図するものではない。   The following examples are provided to facilitate the practice of the present invention. These examples are not intended to limit the scope of the invention in any way.

実施例1
全血からの希少細胞の効果的な単離のための改良された磁性ナノ粒子の形成
希少細胞(例えば、上皮由来の腫瘍を持つ患者における腫瘍、母体の血液中の胎児細胞等)は、1ml血液当り1個未満の希少細胞の頻度で存在し得る。かかる希少細胞を検出するのに必要な血液スミアー(smear)数は非常に大きい。10mlの血液中に10個の希少細胞を仮定すると、それは5−10×10個の白血球細胞(白血球)中の10個の腫瘍細胞と対応し、細胞は、細胞遠心分離(cytocentrifugation)または定着(settling)により顕微鏡用スライドに移し、注目する希少細胞に特異的な抗体で染色し、マニュアルまたは自動的に読取ることができる。1枚のスライドに移すことができる最大の細胞数は、約500,000細胞であり、それは100−200枚のスライドが10mlの血液を処理するのに必要であることを意味する。このアプローチによる分析に必要な時間は、それを非実用的で、経済的に実施し難くする。結果的に、密度勾配分離あるいは赤血球溶解手順による試料量の減少および赤血球および血小板の除去のごとき富化方法を希少細胞を単離するのに用いて、分析されるべきスライド数をかなり減少させる。前記のごとく、磁気的富化は、細胞分離につき好ましい方法であり、理想的には、この目的に使用するナノ粒子は分析に先立ち除去する必要がない。従って、そのナノ粒子は、分析的測定と干渉しないように十分に小さく、すなわち、約250nm未満であろう。より好ましくは、そのナノ粒子は、それらを濾過滅菌できるように220nm未満である。さらに、ナノ粒子は、外部勾配磁気分離器中の単一の実験試験管、すなわち、試験管、遠心分離管、バキュテイナー等から細胞分離を可能とするように十分大きく、かつ十分磁気的に応答性であるべきであろう。再度、前記のように、内部勾配デバイスは煩わしく、高価でかつ、希少細胞の回収には非能率的であることが注目される。また、ナノ粒子および磁気デバイスは、低い非特異的結合で高くかつ再現可能な回収率を与えるべきであろう。米国特許第5,597,531号は、これらの特性の多数を有する直接的に被覆した(DC)粒子と呼ぶ高度な磁気粒子の合成を記載している。これらのナノ粒子は、外観上球状塊の結晶性磁鉄鉱あるいは他の磁気酸化物により構成され、それは(被覆された磁気粒子に基づき)ポリマーあるいは蛋白質で被覆されている。それらの構造(芯の直径がコーティングの厚さより>>>である磁心およびポリマーコーティング)のために、それらは約80−85%磁気量である、これらのナノ粒子の非特異的結合は、5−8%の範囲にあり、従って、それらは希少細胞分離にはそれほど実際的ではない。かくして、1ml当り1個の細胞で、および80%の捕捉効率にて存在する細胞を富化するならば、10mlの(白血球のみと考える)全血を用いて期待される最良の結果は400万の合計において回収された8個の細胞、すなわち、16−17倍の富化であろう。しかしながら、米国特許第5,597,531号に記載された磁気粒子は、オープンフィールドの分離器を用い、単一試験管から分離を行うのに適当な磁気特性を有する。さらに、それらの平均サイズは、前記に示唆した限界下で十分あり、従って、それらは様々な分析的手順に干渉しない。それらの材料での高価な試験に基づいて、細胞への非特異的結合への主要な寄与因子は、不完全なコーティングのためにナノ粒子上の露出した結晶性酸化鉄の存在であると発見された。そのように不完全に被覆された結晶は、細胞表面上の負電荷のシアル酸のごとき生物学的マクロ分子にそれらが強く非常に結合するようである生理学的pHで十分に高い正電荷を持っている。粒子を作成するための改良された方法が、米国特許第5,698,271号に記載されている。これらの材料は、プロセスがコーティングのレベルを顕著に増加させる高温コーティング工程を含んでいる点で、>531特許に開示されたものを越えた改良である。例えば、このプロセスを使用して、牛血清アルブミン(BSA)コーティングで作製したナノ粒子は、米国特許第5,579,531号のDC−BSA材料に比較する場合に細胞に3−5倍低い非特異的結合特性を有する。非特異的結合におけるこの減少は、直接的に、BSAコーティング材料のレベルの増加のためであることが示された。かかるナノ粒子がBSAコーティングを除去するように処理された場合、非特異的結合は高レベルに戻る。かくして、酸化鉄結晶表面上で覆われたBSA量と細胞の非特異的結合との間に直接的相関性が存在することが決定された。典型的には、これらの粒子と全血からの細胞との非特異的結合は0.3%であり、それは米国特許第5,579,531号から生成したものよりかなり良好であった。かくして、10mlの全血から、富化のために標的とされた細胞で単離もされる約200,000個の非標的細胞が存在するであろう。
Example 1
Improved magnetic nanoparticle formation for effective isolation of rare cells from whole blood Rare cells (eg, tumors in patients with epithelial derived tumors, fetal cells in maternal blood, etc.) 1 ml It can be present at a frequency of less than 1 rare cell per blood. The number of blood smears required to detect such rare cells is very large. Assuming 10 rare cells in 10 ml of blood, it corresponds to 10 tumor cells in 5-10 × 10 7 white blood cells (white blood cells) and the cells are either cytocentrifugation or established. (Settling) can be transferred to a microscope slide, stained with an antibody specific for the rare cell of interest, and read manually or automatically. The maximum number of cells that can be transferred to one slide is approximately 500,000 cells, meaning that 100-200 slides are required to process 10 ml of blood. The time required for analysis with this approach makes it impractical and difficult to implement economically. As a result, enrichment methods such as sample volume reduction and red blood cell and platelet removal by density gradient separation or red blood cell lysis procedures are used to isolate rare cells and significantly reduce the number of slides to be analyzed. As noted above, magnetic enrichment is a preferred method for cell separation, and ideally the nanoparticles used for this purpose do not need to be removed prior to analysis. Thus, the nanoparticles will be small enough so as not to interfere with analytical measurements, i.e., less than about 250 nm. More preferably, the nanoparticles are less than 220 nm so that they can be filter sterilized. Furthermore, the nanoparticles are large enough and sufficiently magnetically responsive to allow cell separation from a single experimental test tube in an external gradient magnetic separator, i.e., test tube, centrifuge tube, vacutainer, etc. Should be. Again, as noted above, it is noted that the internal gradient device is cumbersome, expensive and inefficient in collecting rare cells. Nanoparticles and magnetic devices should also provide high and reproducible recoveries with low non-specific binding. U.S. Pat. No. 5,597,531 describes the synthesis of advanced magnetic particles called directly coated (DC) particles having many of these properties. These nanoparticles are composed of a spherical mass of crystalline magnetite or other magnetic oxide in appearance, which is coated with a polymer or protein (based on the coated magnetic particles). Because of their structure (core and polymer coatings where the core diameter is >> from the thickness of the coating), they are about 80-85% magnetic, non-specific binding of these nanoparticles is 5 They are in the range of -8%, so they are not very practical for rare cell separation. Thus, if one cell per ml and enriching the cells present at 80% capture efficiency, the best result expected with 10 ml whole blood (think white blood cells only) is 4 million. There will be 8 cells recovered in total, ie 16-17 fold enrichment. However, the magnetic particles described in US Pat. No. 5,597,531 have suitable magnetic properties for performing separation from a single test tube using an open field separator. Furthermore, their average size is sufficient under the limits suggested above, so they do not interfere with various analytical procedures. Based on expensive testing with those materials, the major contributor to non-specific binding to cells was found to be the presence of exposed crystalline iron oxide on the nanoparticles due to imperfect coating It was done. Such imperfectly coated crystals have a sufficiently high positive charge at physiological pH where they appear to bind strongly and very strongly to biological macromolecules such as negatively charged sialic acid on the cell surface. ing. An improved method for making particles is described in US Pat. No. 5,698,271. These materials are an improvement over those disclosed in the> 531 patent in that the process includes a high temperature coating step that significantly increases the level of coating. For example, using this process, nanoparticles made with bovine serum albumin (BSA) coatings are 3-5 times lower in cells when compared to the DC-BSA material of US Pat. No. 5,579,531. Has specific binding properties. This decrease in non-specific binding has been shown to be directly due to increased levels of BSA coating material. When such nanoparticles are treated to remove the BSA coating, non-specific binding returns to a high level. Thus, it was determined that there was a direct correlation between the amount of BSA covered on the iron oxide crystal surface and nonspecific binding of cells. Typically, non-specific binding of these particles to cells from whole blood was 0.3%, which was much better than that generated from US Pat. No. 5,579,531. Thus, from 10 ml whole blood there will be about 200,000 non-target cells that are also isolated with cells targeted for enrichment.

さらに以下に取り組むべき非特異的結合問題に加えて、米国特許第番号5,579,531号および第5,698,271号に記載されるように製造された異なるロットの磁気粒子を希少細胞の涸渇または富化に用い、回収率は一貫しなかった。時々、回収率は85−95%であり、他は、それらは同一モデルシステムを用いて40−50%であり得た。これらの材料の製造方法が、相当な範囲(30nmないし220nm)のサイズ分散を生じるので、サイズ分布および特に、小さなナノ粒子の存在が顕著に標的回収率に影響することを推測し確認した。小さなナノ粒子(30ないし70nm)がより容易に拡散するので、より大きな相当物と比較して、それらは優先的に細胞を標識するであろう。内部勾配カラムのごとき非常に高い勾配を用いた場合、これらの材料の効率は、サイズに拘らず、ほとんど差はなかった。他方、外部勾配、あるいはマイクロビーズまたは鋼線カラム上で生じ得るより小さな程度の勾配を用いた場合、細胞上の小さなナノ粒子の占有は重要な効果を有する。これは、DCナノ粒子を分画し、回収率に対する影響を検討することによる場合であると最終的に示された。これらの研究および他の最適化実験に基づいて、ベースが被覆された磁気粒子が調製できる場合に、ナノ粒子を磁気的にあるいはカラム上で分画する手段が確立され、それは過剰に小さなまたは大きなナノ粒子を欠けていた。例えば、平均直径100nmのベースが被覆された粒子を生成でき、それは80nm未満または130nmを越える微量の材料を最良にて含有する。同様に、約120nmの材料が作成でき、90−95nm未満および160nmを越える材料はかなりではなかった。かかる材料は、回収率に関して最適に行われ、60−70nm ナノ粒子を含むことによりやや最適となることができた。本発明の実施において用いる好ましい粒子サイズ範囲は、ベースが被覆された磁気粒子、例えば、BSAで被覆された磁鉄鉱につき90−150nmである。この好ましい範囲内にある粒子は、Fine Particles Science and Technology, 777−90, E. Pelizzetti(編)(1996)のLibertiらにより記載された手順を用いて得ることができる。   In addition to the non-specific binding problem to be addressed below, different lots of magnetic particles made as described in US Pat. Nos. 5,579,531 and 5,698,271 can be Used for depletion or enrichment, recovery was not consistent. Sometimes recovery was 85-95%, others could be 40-50% using the same model system. Since the manufacturing methods of these materials produce a substantial range of size dispersion (30 nm to 220 nm), it was speculated and confirmed that the size distribution and especially the presence of small nanoparticles significantly affects the target recovery. As small nanoparticles (30-70 nm) diffuse more easily, they will preferentially label cells compared to their larger counterparts. When using very high gradients, such as internal gradient columns, the efficiency of these materials was little different regardless of size. On the other hand, the occupancy of small nanoparticles on cells has an important effect when using external gradients, or a smaller degree of gradient that can occur on microbead or steel wire columns. This was finally shown to be the case by fractionating DC nanoparticles and studying the impact on recovery. Based on these studies and other optimization experiments, when base coated magnetic particles can be prepared, a means to fractionate nanoparticles magnetically or on a column is established, which is excessively small or large It lacked nanoparticles. For example, base coated particles with an average diameter of 100 nm can be produced, which best contains trace amounts of material less than 80 nm or greater than 130 nm. Similarly, materials of about 120 nm could be made, and materials below 90-95 nm and above 160 nm were not significant. Such materials were optimized for recovery and could be somewhat optimized by including 60-70 nm nanoparticles. A preferred particle size range for use in the practice of the present invention is 90-150 nm for magnetic particles coated with a base, eg, magnetite coated with BSA. Particles within this preferred range can be obtained using the procedure described by Liberti et al. In Fine Particles Science and Technology, 777-90, E. Pelizzetti (eds.) (1996).

さらに非特異的結合問題に取り組むために、抗体を直接的にコンジュゲートしたナノ粒子を作成するいくつかの経路を試みた。希少細胞に特異的なモノクローナル抗体は、例えば、標準的な異種二機能性化学(heterobifunctional chemistry)によりDC磁気粒子上に被覆したBSAベースに直接的にカップリングできる(本明細書では直接的カップリング法という)。これらの目的に用いる異種二機能性リンカーは、スルホスクシンイミジル−4−[マレイミドメチル]シクロヘキサン−1−カルボキシレート(SMCC)を含む。もう一つのアプローチでは、ビオチン化されたモノクローナル抗体は、ベースが被覆された粒子にカップリングしたストレプトアビジンにカップリングできる。このコンジュゲート方法を明細書中でピギーバック(piggyback)法という。このプロセスにおいて、ストレプトアビジンは、直接的カップリング法と同一の化学によりベースが覆われた磁気粒子にカップリングされる。ある種のピギーバックカップリング法において、モノビオチン化抗体が、ストレプトアビジン磁気粒子と1時間反応させ、次いで、残存するストレプトアビジン結合部位を遊離のビオチンで抑える。抗体カップリング後に残存するストレプトアビジン部位を抑えて、希少細胞の単離あるいは細胞分析工程中にいずれのビオチン化工程の磁気粒子への結合も防止することは重要である。さらに、ストレプトアビジンを抑えるためのこの手段は非特異的結合に対抗するのに有効であることが示されている。ビオチン化された蛍光性マクロ分子での様々な条件下のかかる材料のインキュベーションの結果、結合蛍光は生じない。比較上、抗EpCAM抗体(Wistar Institute, Philadelphia, Paから入手されたGA73.3)が、両方法により磁気粒子にカップリングされた。次いで、双方の磁気粒子を、全血に加えた結腸腫瘍細胞系(Colo−205)からの細胞の選択ならびに白血球の非特異的結合(NSB)またはキャリーオーバーにつき比較した。最終試料中に存在する白血球は、磁気粒子に非特異的に結合した白血球および洗浄工程からの細胞のキャリーオーバーの組合せであった。磁気選択に続いて、分離の出発にて試験管と接触していたか、または分離プロセス中に非磁気的に移ったいずれの細胞も洗浄することが必要であることが注目される。表Iは、それらの2つの磁気粒子の比較を示す。   In order to further address the non-specific binding problem, several routes were attempted to create nanoparticles directly conjugated with antibodies. Monoclonal antibodies specific for rare cells can be coupled directly to a BSA base coated on DC magnetic particles by, for example, standard heterobifunctional chemistry (herein, direct coupling). The law). Heterogeneous bifunctional linkers used for these purposes include sulfosuccinimidyl-4- [maleimidomethyl] cyclohexane-1-carboxylate (SMCC). In another approach, biotinylated monoclonal antibodies can be coupled to streptavidin coupled to base-coated particles. This conjugation method is referred to in the specification as a piggyback method. In this process, streptavidin is coupled to magnetic particles whose base is covered by the same chemistry as the direct coupling method. In one type of piggyback coupling method, a monobiotinylated antibody is reacted with streptavidin magnetic particles for 1 hour and then the remaining streptavidin binding sites are suppressed with free biotin. It is important to suppress the streptavidin sites remaining after antibody coupling to prevent binding of any biotinylation step to magnetic particles during rare cell isolation or cell analysis steps. Furthermore, this means for suppressing streptavidin has been shown to be effective in combating non-specific binding. Incubation of such materials under various conditions with biotinylated fluorescent macromolecules results in no bound fluorescence. For comparison, an anti-EpCAM antibody (GA73.3 obtained from Wistar Institute, Philadelphia, Pa) was coupled to magnetic particles by both methods. Both magnetic particles were then compared for selection of cells from a colon tumor cell line (Colo-205) added to whole blood as well as leukocyte non-specific binding (NSB) or carryover. The leukocytes present in the final sample were a combination of leukocytes non-specifically bound to magnetic particles and cell carryover from the washing step. It is noted that following magnetic selection, it is necessary to wash any cells that were in contact with the test tube at the start of the separation or that were non-magnetically transferred during the separation process. Table I shows a comparison of these two magnetic particles.

Figure 2005516217
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注意すべき第1のものは、BSAベース粒子への抗体またはストレプトアビジンの単なるカップリングが、非特異的結合をかなり低下させることである(データを示さず)。これは結合につき細胞への「露出した」結晶表面のアクセス可能性(accessability)を減少させるためであると考えられる。前記の表は、加えた細胞の回収率が両タイプの磁気粒子につき比較可能であることを示す。しかしながら、直接的に抗体をカップリングした磁気粒子を用いた場合に、白血球の非特異的結合は3倍高かった。この差は、比較的小さいとはいえ、多量の血液が処理され分析される場合重要となる。2つのタイプの磁気粒子間の差につき多数の支持する観察に基づいた合理的な説明は、ピギーバックカップリング法を用いて合成された磁気粒子上に蛋白質のより多くの層が存在することである。かくして、磁気結晶の表面は、蛋白質の複数の層でより広範囲に覆われ、立体的に「保護される」ようである。これは、磁気粒子への非標的細胞の結合を防止する。   The first to note is that simple coupling of antibody or streptavidin to BSA-based particles significantly reduces non-specific binding (data not shown). This is believed to reduce the accessibility of the “exposed” crystal surface to the cell per bond. The above table shows that the recovery of added cells is comparable for both types of magnetic particles. However, nonspecific binding of leukocytes was three times higher when using magnetic particles directly coupled with antibodies. This difference is important when large amounts of blood are processed and analyzed, albeit relatively small. A reasonable explanation based on numerous supporting observations on the difference between the two types of magnetic particles is that there are more layers of protein on the magnetic particles synthesized using the piggyback coupling method. is there. Thus, it appears that the surface of the magnetic crystal is more extensively covered with multiple layers of protein and is “sterically” protected. This prevents non-target cell binding to magnetic particles.

ピギーバックカップリング法において、磁気粒子上の制限された数のストレプトアビジン結合部位は、ビオチン−抗体とカップリングし、残りは前記の抑制プロセスにより遊離ビオチンで飽和される。さらにもう一つのカップリング法において、過剰なストレプトアビジン結合部位を抑制し、遊離ビオチンに代えてモノビオチン−BSAで飽和した。このアプローチの論理的根拠は、モノビオチンBSAでの抑制がナノ粒子の非被覆領域と接触するようになる細胞をさらに立体的に阻害し、すなわち、ナノ粒子の良好な被覆を与えることである。このプロセスはその粒子にカップリングした蛋白質の量を増加させることが炭素分析により示された。2つの磁気粒子調製物は、全血からの加えたColo205の回収率、または白血球の非特異的な結合につき評価する実験において比較された。その結果を表IIに示す。   In the piggyback coupling method, a limited number of streptavidin binding sites on the magnetic particles are coupled with biotin-antibody and the rest is saturated with free biotin by the aforementioned inhibition process. In yet another coupling method, excess streptavidin binding sites were suppressed and saturated with monobiotin-BSA instead of free biotin. The rationale for this approach is that inhibition with monobiotin BSA further sterically inhibits the cells that come into contact with the uncoated areas of the nanoparticles, i.e. gives a good coverage of the nanoparticles. Carbon analysis has shown that this process increases the amount of protein coupled to the particles. The two magnetic particle preparations were compared in experiments evaluating recovery of added Colo205 from whole blood, or nonspecific binding of leukocytes. The results are shown in Table II.

Figure 2005516217
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モノビオチン−BSAは、得られた生成物の30−40%がビオチンと結合しないように制限された量のビオチンをBSAにコンジュゲートすることにより調製できる。   Monobiotin-BSA can be prepared by conjugating a limited amount of biotin to BSA so that 30-40% of the resulting product does not bind to biotin.

要約すると、均質なサイズ分布およびビオチンBSAで抑制したストレプトアビジン結合部位を有する磁気粒子は、本発明のアッセイ方法において非常に良好に行われる。加えられた上皮腫瘍細胞の良好な回収率およびほとんど非特異的結合の一桁縮小は、ビオチンでブロックしたナノ粒子と比較して、これらの粒子を用いて得られた。かくして、これらの材料およびそれらで得られた結果は、さらに最適化することができる非常に有用な生成物を規定するであろう。改良された磁性流体(ferrofluid)生成物は、できる限り磁性とされ、その磁芯と細胞を含む血液中のいずれかの物質との全ての可能な相互作用を排除するようにコーティングされ(おそらく非極性単層で被覆され)、そのサイズ範囲および分布において良好に定義される。好ましい状況において、生物学的材料と相互作用しないコーティング材料を用いる。かかる相互作用が避けられない場合、それらをブロックするための手段が必要とされる。可能な限り材料を磁気性とすべき材料について、米国特許第5,579,531号および第5,698,271号に記載されたものが好ましい出発物質である。それらは好ましい、というのは、それらが完全ではないが、外見上単層のベースコーティング材料で大きな磁心から構成されているからである。BSAでコーティングされた100nmのナノ粒子では、その芯は、約90nmの磁鉄鉱のごとき適当な磁気酸化物であろう。芯およびコート材料の相対的なサイズのためにかかるナノ粒子は、できる限り明らかに磁性である。これは、コーティングの機能がそのナノ粒子が相互に所望でない相互作用を保つならば明らかであると考えられ、それは巨視的な凝塊形成に結びつくであろう。また、コーティングは、コロイド挙動を維持するように溶媒分子との十分な相互作用を促進し、カップリングのための便利な化学的手段を提供する。また、米国特許第5,579,531号および第5,698,271号のナノ粒子は、それらが単層中の「穴」が、すなわち、立体的に物理的に、いくつかの方法で充填できる十分に単層のコーティングを有するので、出発物質として好ましい。明らかに、いずれかの他のシステムにおいて芯材料と血液成分との相互作用またはいずれの他の非特異的な効果も阻害するような、有効で完全な被覆を促進するいずれのコーティングも適当であろう。磁気量−対−ナノ粒子量の比を最大化するように、ナノ粒子に添加できるコーティングが少ない程、より良好である。   In summary, magnetic particles with a homogeneous size distribution and streptavidin binding sites suppressed with biotin BSA perform very well in the assay method of the present invention. Good recovery of added epithelial tumor cells and an order of magnitude reduction in non-specific binding were obtained using these particles compared to nanoparticles blocked with biotin. Thus, these materials and the results obtained with them will define very useful products that can be further optimized. The improved ferrofluid product is as magnetic as possible and coated to eliminate all possible interactions between its magnetic core and any substance in the blood, including cells. Coated with a polar monolayer) and is well defined in its size range and distribution. In a preferred situation, a coating material that does not interact with biological material is used. Where such interactions are unavoidable, means are needed to block them. For materials where the material should be as magnetic as possible, those described in US Pat. Nos. 5,579,531 and 5,698,271 are preferred starting materials. They are preferred because they are not perfect, but are composed of a large magnetic core with an apparently single layer base coating material. For 100 nm nanoparticles coated with BSA, the core would be a suitable magnetic oxide such as about 90 nm magnetite. Due to the relative size of the core and the coating material, such nanoparticles are as clearly magnetic as possible. This is believed to be apparent if the function of the coating keeps the nanoparticles interacting undesirably with each other, which will lead to macroscopic agglomeration. The coating also promotes sufficient interaction with solvent molecules to maintain colloidal behavior and provides a convenient chemical means for coupling. Also, the nanoparticles of US Pat. Nos. 5,579,531 and 5,698,271 are filled with “holes” in a monolayer, ie sterically physically, in several ways. It is preferred as a starting material because it has a sufficiently single layer coating. Obviously, any coating that promotes effective and complete coverage that would inhibit the interaction of the core material with blood components or any other non-specific effect in any other system would be suitable. Let's go. The fewer coatings that can be added to the nanoparticles, the better, so as to maximize the magnetic quantity-to-nanoparticle quantity ratio.

実施例2
循環している腫瘍細胞の同定のための半自動化試料調製および分析
上皮由来腫瘍細胞の存在につき7.5mlの血液を処理し分析する半自動化システムを開発した。上皮細胞起源の細胞を免疫磁気的に標識し、血液から分離する。磁気的に捕捉した細胞を異なる蛍光標識を行い、分析チャンバーに入れる。4色の蛍光画像を用いて、上皮起源の残渣、造血細胞および循環している腫瘍細胞(CTC)間を識別する。アルゴリズムを捕捉された画像に適用して、内部対照を計数し、サイズおよび免疫表現型に基づき、腫瘍細胞として潜在的に分類する全ての対象を同定する。各対象のサムネイル(thumbnail)画像は、ユーザーインターフェースに示され、それからユーザーは腫瘍細胞の存在を決定することができる。通常のドナーの血液の処理において、内部対照は、システムと操作者との間で一貫し、かつ再現性のある結果を示した。CTCを転移性乳癌を持つ患者の血液試料に検出したが、しかしながら、他の疾患はそのシステムで分析できる。
Example 2
Semi-automated sample preparation and analysis for identification of circulating tumor cells A semi-automated system was developed to process and analyze 7.5 ml of blood for the presence of epithelial derived tumor cells. Cells of epithelial cell origin are immunomagnetically labeled and separated from the blood. Magnetically captured cells are labeled with different fluorescence and placed in the analysis chamber. Four-color fluorescence images are used to distinguish between epithelial origin residues, hematopoietic cells and circulating tumor cells (CTC). An algorithm is applied to the captured images to count internal controls and identify all subjects that potentially classify as tumor cells based on size and immunophenotype. A thumbnail image of each subject is shown in the user interface, from which the user can determine the presence of tumor cells. In normal donor blood processing, the internal controls showed consistent and reproducible results between the system and the operator. CTCs were detected in blood samples of patients with metastatic breast cancer, however other diseases can be analyzed with the system.

前記のごとく、腫瘍細胞は極低頻度(1ml当たり<10個の細胞)の癌患者の血液中に存在できる。CTCの存在の検出に関与する煩わしいマニュアル試料調製、および複雑な分析方法は、しばしば誤った結果へ導く。高度に複雑な実験手順については、誤った結果の根本的原因は頻繁に、系統的および/または無作為な事前分析的なエラー、すなわち、分析的手法自体においてではなく試料調製あるいは事前処理段階の間に生じるエラー、の累積的な効果までたどることができる。事前分析的なエラーは、手法に敏感なプロセス工程のための変動ならびに各操作者のランダムあるいは系統的な変動として示すことができる。かくして、希少細胞分析におけるマニュアル試料調製は、矛盾して行われた場合、高い変動性および信頼性の低い分析結果を生じかねない。従って、かかる事前分析工程の自動化は変動性を最小限にし、より一貫した分析結果を提供する。調製した試料の分析に頻繁に用いた分析手法は、フローサイトメトリー法または顕微鏡法である。フローサイトメトリーは敏感でかつ再現性のあるが、研究者は、免疫表現型的に同定された希少な事象が腫瘍細胞と一致する形態学的な特徴を実際に示すことを確認することができない。顕微鏡法は、悪性の決定に対する確信を増すが、かなりでかつ可変の細胞損失が試料の処理に関係しているという不都合を有する。ここに、発明者らは、半自動化の4色蛍光顕微鏡システムにおけるCTCの効率的な収集および分析を可能とする新規な細胞提示装置および方法を導入する。   As noted above, tumor cells can be present in the blood of cancer patients at a very low frequency (<10 cells per ml). The cumbersome manual sample preparation involved in detecting the presence of CTC and complex analytical methods often leads to erroneous results. For highly complex experimental procedures, the root cause of false results is often systematic and / or random preanalytical errors, i.e. in the sample preparation or pretreatment stage rather than in the analytical procedure itself. You can trace the cumulative effects of errors that occur in between. Pre-analytical errors can be shown as variations due to method-sensitive process steps as well as random or systematic variations for each operator. Thus, manual sample preparation in rare cell analysis can result in high variability and unreliable analytical results if done inconsistently. Thus, automation of such a pre-analysis process minimizes variability and provides a more consistent analysis result. An analytical technique frequently used for analyzing the prepared sample is flow cytometry or microscopy. Although flow cytometry is sensitive and reproducible, researchers cannot confirm that rare events that are immunophenotypically identified actually display morphological features consistent with tumor cells . Although microscopy increases confidence in determining malignancy, it has the disadvantage that significant and variable cell loss is associated with sample processing. Here we introduce a novel cell presentation device and method that enables efficient collection and analysis of CTCs in a semi-automated four-color fluorescence microscope system.

次の材料および方法を実施例2の実施を促すために提供する。   The following materials and methods are provided to facilitate the implementation of Example 2.

そのシステムは、System Buffer (Immunicon Corp, Huntingdon Valley, PA)で準備され、それはさらにその手順の間の種々の工程に用いる。この緩衝液は、試薬の細胞およびシステムの成分への非特異的結合を低下させるためのリン酸塩緩衝液、EDTA、および蛋白質よりなる。磁性ナノ粒子は、実施例1に記載された上皮細胞付着分子(EpCAM)に特異的なモノクローナル抗体(mabs)にカップリングされる。そのEpCAM抗原は上皮起源の細胞上で発現しているが、造血性の起源の細胞上で発現していない(Momburgら Cancer Research (1987) 47:2883-2891; Gaffeyら Am. J. Surg. Path. (1992) 16:593-599; Herlynら J. Immun. Meth. (1984) 73:157-167; De Leijら Int. J.. Cancer Suppl. (1994) 8:60-63)。抗EpCAM抗体に加えて、デスチオビオチンを磁性ナノ粒子にカップリングして、CA−EpCAMを形成し、試薬が可溶性ストレプトアビジンをCTC上のクロスリンクの複数の磁気ナノ粒子に添加することにより凝集を制御するのを可能とし、それによって、細胞の磁気負荷および捕捉効率を増加させる(Liberti et a1. (2001) Journal of Magnetism and Magnetic Materials 225: 301-307)。AB緩衝液中のストレプトアビジン(添加されたストレプトアビジンを含むSystem緩衝液)を、CA−EpCAMの添加前に標本に添加し、凝集を形成し、それは異なるEpCAM抗原密度での細胞の磁気捕捉効率における差を最小化する。磁気的に捕捉された細胞を、核酸特異的な色素DAPI(4,6−ジアミジノ−2−フェニルインドール)に加えて、フィコエリトリンにコンジュゲートした抗サイトケラチン(CK−PE)およびアロフィコシアニン(Allophycocyanin)にコンジュゲートした抗CD45(CD45−APC)で蛍光標識する。抗サイトケラチンは、上皮の起源の細胞に存在する、ケラチン4、6、8、10、13および18を認識する。そのmabは、細胞の細胞質膜を浸透化するための界面活性剤を含有する緩衝媒体に添加する。Cellfix(Immunicon Corp, Huntingdon Valley, PA)中の最終再懸濁緩衝液は、ビオチンおよび細胞安定剤を含有するリン酸塩緩衝した生理食塩水である。ビオチンは、ストレプトアビジンへのその高い親和性によって、ストレプトアビジンからのデスチオビオチンを置換するように機能し、それによって、アッセイの初期工程で形成された凝集物中の磁性流体粒子上のストレプトアビジンおよびデスチオビオチン間とクロスリンクの制御を反転させる。   The system is prepared with System Buffer (Immunicon Corp, Huntingdon Valley, PA), which is further used for various steps during the procedure. This buffer consists of phosphate buffer, EDTA, and protein to reduce non-specific binding of reagents to cells and system components. The magnetic nanoparticles are coupled to a monoclonal antibody (mabs) specific for the epithelial cell adhesion molecule (EpCAM) described in Example 1. The EpCAM antigen is expressed on cells of epithelial origin but not on cells of hematopoietic origin (Momburg et al. Cancer Research (1987) 47: 2883-2891; Gaffey et al. Am. J. Surg. Path. (1992) 16: 593-599; Herlyn et al. J. Immun. Meth. (1984) 73: 157-167; De Leij et al. Int. J. Cancer Suppl. (1994) 8: 60-63). In addition to anti-EpCAM antibody, desthiobiotin is coupled to magnetic nanoparticles to form CA-EpCAM and the reagent aggregates by adding soluble streptavidin to multiple magnetic nanoparticles in the crosslink on CTC Can be controlled, thereby increasing cellular magnetic loading and capture efficiency (Liberti et al. (2001) Journal of Magnetism and Magnetic Materials 225: 301-307). Streptavidin in AB buffer (System buffer containing added streptavidin) is added to the specimen prior to the addition of CA-EpCAM to form aggregates, which are the magnetic capture efficiency of cells at different EpCAM antigen densities Minimize the difference in. Anti-cytokeratin (CK-PE) and allophycocyanin conjugated to phycoerythrin in addition to nucleic acid-specific dye DAPI (4,6-diamidino-2-phenylindole) Fluorescent labeling with anti-CD45 conjugated to (CD45-APC). Anti-cytokeratin recognizes keratins 4, 6, 8, 10, 13, and 18 present in cells of epithelial origin. The mab is added to a buffer medium containing a surfactant to permeabilize the cell's cytoplasmic membrane. The final resuspension buffer in Cellfix (Immunicon Corp, Huntingdon Valley, PA) is phosphate buffered saline containing biotin and cell stabilizers. Biotin functions to displace desthiobiotin from streptavidin by virtue of its high affinity for streptavidin, thereby streptavidin on the ferrofluid particles in the aggregates formed in the initial steps of the assay And reverse control of cross-linking between desthiobiotin.

手順の正確さをモニターするために、既知数の内部対照細胞を、処理前に血液に添加する。内部対照細胞は、米国特許出願第09/801,471号の対象である(その全開示はここに出典明示して本明細書の一部とみなす)。これらの対照細胞は、うまく癌腫瘍細胞系に由来できる。本明細書に記載のごとく、乳癌ラインからの細胞SKBR−3は、(Molecular Probesからの)蛍光性膜色素DiOC16で安定させ、ユニークに標識して、内因性腫瘍細胞からの識別を可能とする。約1000個の対照細胞を各標本に加える。対照細胞はEpCAMを発現し、その腫瘍細胞で同時に捕捉する。また、対照細胞は細胞内のサイトケラチンを発現し、CK−PEでの染色はこの試薬の特質を確認する。添加した対照細胞のパーセント回収率は、系統的誤差だけを検出できる外部対照と異なり、各標本につき全体的な試薬およびシステム効率の指標を供する。   To monitor the accuracy of the procedure, a known number of internal control cells are added to the blood before treatment. Internal control cells are the subject of US patent application Ser. No. 09 / 801,471, the entire disclosure of which is hereby incorporated by reference. These control cells can be successfully derived from cancer tumor cell lines. As described herein, cells SKBR-3 from the breast cancer line are stabilized with the fluorescent membrane dye DiOC16 (from Molecular Probes) and uniquely labeled to allow differentiation from endogenous tumor cells. . Approximately 1000 control cells are added to each specimen. Control cells express EpCAM and capture simultaneously with the tumor cells. Control cells also express intracellular cytokeratin and staining with CK-PE confirms the nature of this reagent. The percent recovery of added control cells provides an indicator of overall reagent and system efficiency for each sample, unlike external controls that can only detect systematic errors.

試料調製システム
このシステムは2つの磁気分離器を装備し、各々は循環の鋼ヨーク(yoke)によって囲まれた直径17mmの穴を持つ四極子配置で配置された一組の4つ長方形の希少なアース磁石よりなる。本システムでは、各分離器が15mlの円錐形の試験管を保持できる。他のシステム配置においては、異なる試験管が異なる分離器と共に用いることができる。各分離器に隣接しているのは最終試料が移される分析チャンバー(セルスポッターチャンバー)を保持する磁気ヨークである。このチャンバーアセンブリはシステムから取出し、顕微鏡工程に入れることができる。試験管運搬は、様々なプロセス位置で試験管の位置を決めるための回転式の方向転換台と共に、試験管を磁気分離器の内外に上下させるための2つの移動可能な試験管アームより成る。あるいは、プローブ洗浄器は吸引の内部および外部の洗浄およびプローブを移すのを可能とする方向転換台に装着される。5mlシリンジを備えたCavro XE1000デジタルシリンジポンプを流動性送達運搬およびプローブ洗浄に用いる。PharMedチュービング(tubing)を備えたCavro SP Smart Peristalticポンプは吸引ないし廃棄のために用いる。2つのピンチバルブ(Bio-Chem)および3−ウェイバルブ(Bio-Chem)を用いて、流体経路を制御する。13 AMG Inconelチュービングから作成された分離吸引および輸送プローブを15mlの円錐試験管およびチャンバーへの流体アクセスのために用いる。スルー−ビーム(through-beam)光電子センサー(Omron)を、パックされた赤血球層の高さを決定するために用いて、正確な血漿吸引の制御を可能とする。そのシステムは、ファームウェアを試行する8ビットのマイクロコントローラを用いて、運動制御、プロセス制御および操作者インターフェース命令を行う。プロトコール自体(インキュベーション時間、流体処理工程等)は、個別のメモリー・チップへコード化される。操作者インターフェースは、4×5のキーのキーパッド、2行×20文字のLCDディスプレイ、可聴式アラームよりなる。
Sample Preparation System This system is equipped with two magnetic separators, each of a set of four rectangular rares arranged in a quadrupole arrangement with a 17 mm diameter hole surrounded by a circulating steel yoke. It consists of an earth magnet. In this system, each separator can hold a 15 ml conical tube. In other system arrangements, different test tubes can be used with different separators. Adjacent to each separator is a magnetic yoke that holds an analysis chamber (cell spotter R chamber) into which the final sample is transferred. This chamber assembly can be removed from the system and put into a microscope process. Test tube transport consists of two movable test tube arms for raising and lowering the test tube in and out of the magnetic separator, with a rotating turntable to position the test tube at various process positions. Alternatively, the probe washer is mounted on a turntable that allows the internal and external suction and transfer of the probe to be transferred. A Cavro XE1000 digital syringe pump equipped with a 5 ml syringe is used for fluid delivery delivery and probe cleaning. A Cavro SP Smart Peristaltic pump with PharMed tubing is used for aspiration or disposal. Two pinch valves (Bio-Chem) and a 3-way valve (Bio-Chem) are used to control the fluid path. A separate aspiration and transport probe made from 13 AMG Inconel tubing is used for fluid access to 15 ml conical tubes and chambers. A through-beam optoelectronic sensor (Omron) is used to determine the height of the packed red blood cell layer, allowing for precise control of plasma aspiration. The system uses an 8-bit microcontroller that tries the firmware to perform motion control, process control and operator interface instructions. The protocol itself (incubation time, fluid handling steps, etc.) is encoded into a separate memory chip. The operator interface consists of a keypad with 4 × 5 keys, a 2 × 20 character LCD display, and an audible alarm.

セルスポッターチャンバー
29.7×2.7mmの上部表面平滑表示画面および4mmの奥行を持つ成型されたチャンバー(約320μl容量)を用いて、調製された試料を収集する。チャンバーのポートをそのチャンバーの表示画面中に99%の試料を配置して、チャンバー充填物を再現性を持ちかつ効率的に行うことができるように設計したプラグで密閉する。また、チャンバー中心に登録マークを持つ特殊な較正チャンバーを用いて、顕微鏡台ホームポジションおよび照明源から埋合わせたチャンバー中心の較正を可能とする。
Cell Spotter R Chamber Collect the prepared sample using a 29.7 × 2.7 mm top surface smooth display screen and a molded chamber (approximately 320 μl volume) with a depth of 4 mm. 99% of the sample is placed in the chamber display screen in the chamber port and the chamber filling is sealed with a plug designed to be reproducible and efficient. In addition, a special calibration chamber having a registration mark at the center of the chamber can be used to calibrate the center of the chamber compensated from the microscope stage home position and the illumination source.

セルスポッターシステム
セルスポッターシステムは、10×対物レンズ(WD 4mm、NA 0.45)、高解像度X、Y、ZステージおよびをLudl MAC2002コントローラーで制御され、今度はRS−232を介してPCにより制御されるフィルターキューブチェンジャーコントロール(filter cube changer control)を装備したNikon E−400顕微鏡を利用する。4つの各キューブにおける励起、2色および発光フィルターは、DAPIにつき365nm/400nm/400nm、DiOC16につき480nm/495nm/510nm、PEにつき546nm/560nm/580nmおよびAPCにつき620nm/660nm/700nmである。画像は、National Instruments PCI-1424フレーム取込み器(frame grabber)に連結したHamamatsu 12ビット、1280×1024ピクセルデジタルカメラを必要とする。LabVIEWおよびIMAQVision Toolkitを用いて、データ収集ソフトウェアを開発した。そのデータ分析および表示プログラムは、HTMLインターフェースを介してIBMのDB−2データベースを用いて作成した。
Cell Spotter R System The Cell Spotter R system is controlled by a Ludl MAC2002 controller with 10x objective lens (WD 4mm, NA 0.45), high resolution X, Y, Z stage, and this time through PC via RS-232 Utilizing a Nikon E-400 microscope equipped with a filter cube changer control controlled by Excitation, two-color and emission filters in each of the four cubes are 365 nm / 400 nm / 400 nm for DAPI, 480 nm / 495 nm / 510 nm for DiOC16, 546 nm / 560 nm / 580 nm for PE and 620 nm / 660 nm / 700 nm for APC. The images require a Hamamatsu 12-bit, 1280 × 1024 pixel digital camera connected to a National Instruments PCI-1424 frame grabber. Data collection software was developed using LabVIEW R and IMAQVision Toolkit R. The data analysis and display program was created using IBM's DB-2 database via an HTML interface.

半自動化試料調製システム
分析用試料の調製に関与する工程を図1に示す。15mlの円錐試験管に、7.5mlの血液、6mlのシステム緩衝液および100μl(約1000個)の対照細胞を添加し、混合する。試料を800gにて10分間遠心し、次いで、そのシステムに入れる。システムは、試験管中のパックされた赤血球層の上部に位置し、プローブを試験管に導入して、バフィーコート層を乱すことなき血漿を吸引する。試験管をそのシステムから取出し、6mlのAB緩衝液および100μlのCA−EpCAM磁性流体を添加し、混合する。その試験管をシステムに入れ、試料試験管を挿入し、システムコントロール下磁気分離器から回収し、それによって、分離および除去時間上の正確な制御を提供する。その磁場において、磁性流体を血液試料を通して側面に沿って移動させ、それによって、潜在的な標的細胞の標識効率を増加させ、磁気的に標識されたCTCおよび結合していない磁性流体を試験管の壁に移動させる。20分間のインキュベーションおよび分離後、そのプローブを徐々に試験管に下げ、廃棄すべき血液試料を吸引および廃棄する。試験管は、機械的に分離器外へ移動させ、3mlのシステム緩衝液を試験管に添加する。収集した細胞および磁性流体を試験管を混合することにより再懸濁させる。システムは、試験管を磁石に下げ、10分後収集されていない材料を吸引する。試験管をそのシステムにより磁石外に移動させ、200μlのImmunopermおよび60μlの染色用試薬を添加し、混合させる。15分間のインキュベーション後、過剰の染色用試薬をそのシステムにより吸引および廃棄し、試験管を磁石外に移動する。250μlのCellfixを添加した10分間後に、システムは、試料をチャンバー内に移す。チャンバー容積は約320μlであり、そのシステムはリンスとして100μlのシステム緩衝液を用いて、試験管中に残存した細胞をチャンバーに移すことを保証する。チャンバーはわずかに過充填して、プラグシールでキャップしている間空気取込を回避させる。プローブが試料に接触する各工程後に、プローブをシステムによって完全に洗浄して、いずれの細胞または試薬のキャリーオーバーを消失させる。
Semi-automated sample preparation system The steps involved in the preparation of a sample for analysis are shown in FIG. To a 15 ml conical tube, add 7.5 ml blood, 6 ml system buffer and 100 μl (about 1000) control cells and mix. The sample is centrifuged at 800 g for 10 minutes and then placed in the system. The system is located on top of the packed red blood cell layer in a test tube and a probe is introduced into the test tube to aspirate plasma without disturbing the buffy coat layer. Remove the tube from the system and add 6 ml AB buffer and 100 μl CA-EpCAM ferrofluid and mix. The test tube is placed in the system, a sample test tube is inserted and retrieved from the magnetic separator under system control, thereby providing precise control over separation and removal times. In that magnetic field, the ferrofluid is moved along the side through the blood sample, thereby increasing the labeling efficiency of potential target cells, and the magnetically labeled CTC and unbound ferrofluid are removed from the test tube. Move to the wall. After 20 minutes of incubation and separation, the probe is gradually lowered into a test tube and the blood sample to be discarded is aspirated and discarded. The test tube is mechanically moved out of the separator and 3 ml of system buffer is added to the test tube. The collected cells and ferrofluid are resuspended by mixing the test tubes. The system lowers the test tube to the magnet and sucks uncollected material after 10 minutes. The test tube is moved out of the magnet by the system and 200 μl of Immunooperm and 60 μl of staining reagent are added and mixed. After 15 minutes incubation, excess staining reagent is aspirated and discarded by the system and the test tube is moved out of the magnet. Ten minutes after adding 250 μl Cellfix, the system transfers the sample into the chamber. The chamber volume is about 320 μl, and the system uses 100 μl system buffer as a rinse to ensure that cells remaining in the test tube are transferred to the chamber. The chamber is slightly overfilled to avoid air intake while capped with a plug seal. After each step in which the probe contacts the sample, the probe is thoroughly washed by the system to eliminate any cell or reagent carryover.

セルスポッター分析チャンバー。
図2Aは、分析チャンバー、および2つの磁石間のチャンバーを保持する磁石ヨークアセンブリーを示す。磁石の最適角度、および2つの角度で形成された磁石に関するチャンバーの最適な位置を決定するために、コンピュータ・プログラムをチャンバー内の磁気的に標識された細胞の移動をシミュレートするように作成した。対象は磁石柱への移動を防止しつつ、チャンバーの上部表面に磁気的に標識された細胞をすべて移動させることであった。また、チャンバー表面から磁石の表面への距離は、顕微鏡の対物レンズを通して見るのを可能とするのに十分短くなければならない。図2Bはかかるシミュレーションを示し、チャンバーは磁石の北(N)および南(S)極の間で鳥瞰され、破線は、磁気的に標識された細胞の軌道を示す。図2Cは、チャンバー内の軌道の拡大を示す。磁性ナノ粒子で標識された全細胞は、チャンバー内に垂直に移動する。図2Dは、細胞および磁性ナノ粒子がチャンバーに導入される実験からのセルスポッターチャンバーの上面図を示す。チャンバーの表面上に均質に分布した水平線は、磁界線に沿って整列する磁性ナノ粒子を表わす。
Cell spotter R analysis chamber.
FIG. 2A shows a magnet yoke assembly that holds an analysis chamber and a chamber between two magnets. To determine the optimal angle of the magnet and the optimal position of the chamber relative to the magnet formed at the two angles, a computer program was created to simulate the movement of magnetically labeled cells within the chamber. . The subject was to move all the magnetically labeled cells to the upper surface of the chamber while preventing movement to the magnetic column. Also, the distance from the chamber surface to the surface of the magnet must be short enough to allow viewing through the microscope objective. FIG. 2B shows such a simulation where the chamber is bird's-eye view between the north (N) and south (S) poles of the magnet and the dashed lines show the trajectories of the magnetically labeled cells. FIG. 2C shows an enlargement of the trajectory in the chamber. All cells labeled with magnetic nanoparticles move vertically into the chamber. FIG. 2D shows a top view of the Cell Spotter R chamber from an experiment in which cells and magnetic nanoparticles are introduced into the chamber. Homogeneously distributed horizontal lines on the surface of the chamber represent magnetic nanoparticles aligned along the magnetic field lines.

データ収集
チャンバーの表面は、80.2mmであり、DAPI、DiOC16、CK−PEおよびCD45−APCで染色されたいずれの対象についても完全に走査しなければならない。対象およびデジタルカメラの組合せの結果、0.45(0.67×0.67)μmのピクセル・サイズおよび858×686μmの画像サイズを生じる。完全なチャンバー表面をカバーするために、セルスポッターシステムは、チャンバー当り140フレームおよび560画像を生じる4つの各フィルターにつき4列の35画像を必要とする。試料の試験を開始する場合、セルスポッター獲得プログラムは、画像が取得される領域、各位置で使用するためにイメージが取得される、取得される画像数、各画像の位置および各位置で用いられる顕微鏡のフォーカスを自動的に決定する。画像獲得領域は、チャンバーの端を画像中で可視できる5つの位置にXおよびYステージを移動することにより決定される。ソフトウェアは端位置を決定し、それがラインを見付けた場所で画像表示に線を書き、操作者に選択された端位置を承認または無効とする能力を与える。さらにステージのX軸に対するチャンバーの角度埋合わせを決定するためにチャンバーの長い端の一方に2つの測定を行った。全ての画像は、全ての画像化領域に焦点内にある必要がある。顕微鏡の焦点の深さは、10μm未満である。チャンバー表面が10μm内で平面であるが、顕微鏡台、磁気ヨークおよびチャンバー内の機械的な寛容性がZ軸に斜めの角度を生じ得る。時間制約により、ソフトウェアに試料チャンバー上の140の各映像位置にて反復して発見させることは実現可能ではない。ソフトウェアが細胞の核酸染色によって発光した光を用いてチャンバー上の5つの位置の焦点の反復する測定を行うアルゴリズムを開発した。次いで、ソフトウェアは、経験的な焦点データが第2のオーダー多項式フィットを与え、それを用いて、試料チャンバー上のすべての画像位置で焦点またはZ調節を決定する。この反復する焦点手順は、ユーザー設定できるサイズ範囲内の細胞に対してのみ焦点アルゴリズムを行うためのユニークな特徴を有し、試料中の非細胞対象を無視する。適当な粒子が見出されない事象において、システムは試料中の焦点ポイントを交互にするために移動するであろう。試料からの全ての画像は、特定の試料識別に特有であるディレクトリーへ記録される。
Data collection The chamber surface is 80.2 mm 2 and must be scanned thoroughly for any object stained with DAPI, DiOC16, CK-PE and CD45-APC. The combination of object and digital camera results in a pixel size of 0.45 (0.67 × 0.67) μm 2 and an image size of 858 × 686 μm. In order to cover the complete chamber surface, the Cell Spotter R system requires four rows of 35 images for each of the four filters yielding 140 frames and 560 images per chamber. When starting a test of a sample, the Cell Spotter R acquisition program is used at the area where the image is acquired, the number of images acquired for use at each position, the number of images acquired, the position of each image and each position. Automatically determines the focus of the microscope The image acquisition area is determined by moving the X and Y stages to five positions where the end of the chamber is visible in the image. The software determines the edge position and writes a line on the image display where it finds the line, giving the operator the ability to accept or invalidate the selected edge position. In addition, two measurements were taken on one of the long ends of the chamber to determine the angular offset of the chamber relative to the X axis of the stage. All images need to be in focus in all imaging areas. The depth of focus of the microscope is less than 10 μm. Although the chamber surface is planar within 10 μm, mechanical tolerances within the microscope stage, magnetic yoke and chamber can produce an oblique angle with respect to the Z axis. Due to time constraints, it is not feasible to have the software iteratively find at each of the 140 video locations on the sample chamber. An algorithm has been developed in which the software makes repeated measurements of the focus at five locations on the chamber using light emitted by nucleic acid staining of the cells. The software then gives empirical focus data a second order polynomial fit that is used to determine focus or Z adjustment at all image positions on the sample chamber. This iterative focus procedure has unique features for performing focus algorithms only on cells within a user-configurable size range and ignores non-cellular objects in the sample. In the event that no suitable particle is found, the system will move to alternate the focal point in the sample. All images from the sample are recorded in a directory that is specific to a particular sample identification.

データ分析
図3A−3Dは、乳癌患者からの7.5mlの血液試料を処理した後に得られた140フレームのうちの1つのDAPI(パネル3A)、DiOC16(パネル3B)、CK−PE(パネル3C)およびCD45−APC(パネル3D)の画像を示す。DAPI画像では、複数の細胞核が観察できる。長方形のボックスは7個の核の周囲に描かれている。対応するDiOC16画像は同一の7つの長方形のボックスを示す。これらのボックスのうちの5つにおいて、丸い蛍光性の対象が、試料処理に先立ち、血液に添加された対照細胞につき典型的に存在する。また、対照細胞は、CK−PE画像中で示した同一の5ボックス中の細胞の明るい染色により示されるように、CK−PEにつき明るく染色される。7つのうち2つのボックスは、CK−PE画像中で染色されたDiOC16(対照)画像中で染まらなかった。そのボックスのうちの1つは、2つの細胞を示し、明るいCK−PE染色は2つの細胞に対応する。CD45−APC画像は、ボックスが上皮細胞起源の2個の細胞を含むことを確認するボックス中では染色されないことを示した。他のボックスは、上皮細胞としてのこの事象以外に、かすかなCK−PE染色および明るいCD45−APC染色を示した。アルゴリズムは、DAPI、DiOC16およびCK−PEにつき染色する位置につき検索するための試料から要求された全ての画像に対して適用される。染色された領域が対照細胞(DiOC16+、CK−、PE+)のそれと一致するならば、ソフトウェアは対照細胞にこの位置(ボックス)を指定する。データ分析ソフトウェアは、試料中に見出された対照細胞数を作表する。染色領域が、潜在的な腫瘍細胞(DAPI+、DiOC16−、CK−PE+)のものと一致しているならば、ソフトウェアはデータベースにこれらの領域の位置を保存する。ソフトウェアは、行における各パラメーターについての各ボックスのサムネイルを表示する。左から右まで、これらのサムネイルは核(DAPI)、細胞質サイトケラチン(CK−PE)、対照細胞(DiOC16)および表面CD45(CD45−APC)染色を表す。左に示した合成画像は、核(DAPI)および細胞質(CK−PE)染色の誤った色彩オーバーレイを示す。合成画像近くのチェックボックスおよびCD45−APCボックスは、列で表した画像が腫瘍細胞と一致するか、あるいは白血球マーカーCD45で染まることをユーザーが確認することを可能にする。ソフトウェアは、各試料につきチェックされたボックスを作表し、その情報はデータベースに保存される。乳癌患者試料からのCTCと一致して染色される特性を示す6つの染色領域のサムネイルを図4に示す。6つの染色領域のうちの3つの画像は、明瞭な核、細胞質サイトケラチン染色、およびDiOC16およびCD45染色の不在によって視覚化されるようなCTCの特徴を表示する。腫瘍細胞の外観の差に注目する:列201中の細胞は比較的小さい、3つの腫瘍細胞のクラスタは列202に存在し、ある非常に大きな細胞を列204に示す。列203において、対照細胞がボックスの上部に示される。その領域を対照細胞より下のCK−PEの陽性事象のために表示する。しかしながら、示された核は、白血球に属し、CK−PE染色と一致しない。4枚の全フィルタ中で、および列206中で陽性として染色された残骸を示し、CK−PE陽性事象は、DAPI染色と一致しない。
Data analysis FIGS. 3A-3D show DAPI (panel 3A), DiOC16 (panel 3B), CK-PE (panel 3C) out of 140 frames obtained after processing a 7.5 ml blood sample from a breast cancer patient. ) And CD45-APC (panel 3D). In the DAPI image, a plurality of cell nuclei can be observed. A rectangular box is drawn around seven nuclei. The corresponding DiOC16 image shows the same seven rectangular boxes. In five of these boxes, round fluorescent objects are typically present for control cells added to the blood prior to sample processing. Control cells are also stained brightly for CK-PE, as shown by the bright staining of cells in the same 5 boxes shown in the CK-PE image. Two of the seven boxes did not stain in the DiOC16 (control) image stained in the CK-PE image. One of the boxes shows two cells and bright CK-PE staining corresponds to two cells. CD45-APC images showed no staining in the box confirming that the box contains two cells of epithelial cell origin. Other boxes showed faint CK-PE staining and bright CD45-APC staining besides this event as epithelial cells. The algorithm is applied to all images required from the sample to search for the location to stain for DAPI, DiOC16 and CK-PE. If the stained area matches that of a control cell (DiOC16 +, CK−, PE +), the software assigns this position (box) to the control cell. Data analysis software tabulates the number of control cells found in the sample. If the stained areas match those of potential tumor cells (DAPI +, DiOC16-, CK-PE +), the software saves the location of these areas in the database. The software displays a thumbnail for each box for each parameter in the row. From left to right, these thumbnails represent the nucleus (DAPI), cytoplasmic cytokeratin (CK-PE), control cells (DiOC16) and surface CD45 (CD45-APC) staining. The composite image shown on the left shows a false color overlay of nuclear (DAPI) and cytoplasmic (CK-PE) staining. A check box near the composite image and a CD45-APC box allow the user to confirm that the image represented in the column matches the tumor cells or is stained with the leukocyte marker CD45. The software creates a checked box for each sample, and that information is stored in a database. FIG. 4 shows thumbnails of six stained areas showing characteristics that are consistent with CTC from breast cancer patient samples. Three images of the six stained regions display CTC features as visualized by distinct nuclei, cytoplasmic cytokeratin staining, and absence of DiOC16 and CD45 staining. Note the difference in the appearance of the tumor cells: the cells in column 201 are relatively small, a cluster of three tumor cells is present in column 202, and some very large cells are shown in column 204. In column 203, control cells are shown at the top of the box. The area is displayed for positive CK-PE events below the control cells. However, the nuclei shown belong to leukocytes and are not consistent with CK-PE staining. Debris stained as positive in all four filters and in row 206 is shown, CK-PE positive events are not consistent with DAPI staining.

システム効率
マニュアル対システム試料調製を比較するために、血液の7.5mlのアリコートを対照細胞に加え、両方法で処理した。6つの実験において、平均腫瘍細胞回収率は、マニュアルにつき68%およびシステム試料調製につき94%であり、それらは各々、10%および7%の変動係数を有した。システムの線形性は、5名の正常なドナーから得られた血液の7.5mlのアリコート中の対照細胞(n=1000)および腫瘍細胞系SKBR−3の0、50、100、150および200個の細胞を加えることによってテストした。これらの25の実験における対照細胞の平均回収率は81%であり、7.8%の変動係数を有した。これは試料が適切に処理されることを示した。加えた細胞数と回収された細胞数との相関性はr=0.99であり、0.84の勾配および3.2の切片を持ち、加えた腫瘍細胞レベルに独立する84%の腫瘍細胞回収率を示した。10名のドナーからの血液の7.5mlアリコートに0および10個の腫瘍細胞を加えて、そのシステムの感度をテストした。20の実験における平均対照細胞回収率は85%であり、7.7%の変動係数であった。実際に加えた数の確実性は、加えた細胞数と共に減少する。実験は2つの異なる日に実施した:第1日には、10個の細胞を加えた場合の変動係数は25%であり、第2日には15%であった。加えていない試料において、腫瘍細胞は処理後に判明しなかった。対照的に、6ないし15個の腫瘍細胞の範囲にある全ての加えられた血液試料において腫瘍細胞を検出した(平均10.5個の細胞、CV32%)。データは、処理された血液量によってのみシステムの感度が制限されていることを明らかに示した。
System efficiency To compare manual versus system sample preparation, a 7.5 ml aliquot of blood was added to control cells and processed in both ways. In six experiments, average tumor cell recovery was 68% for manual and 94% for system sample preparation, which had coefficients of variation of 10% and 7%, respectively. The linearity of the system is 0, 50, 100, 150 and 200 of control cells (n = 1000) and tumor cell line SKBR-3 in 7.5 ml aliquots of blood obtained from 5 normal donors. Tested by adding cells. The average recovery of control cells in these 25 experiments was 81% with a coefficient of variation of 7.8%. This indicated that the sample was processed properly. The correlation between the number of added cells and the number of recovered cells is r 2 = 0.99, with a slope of 0.84 and an intercept of 3.2, 84% of tumors independent of the level of tumor cells added Cell recovery was shown. The sensitivity of the system was tested by adding 0 and 10 tumor cells to 7.5 ml aliquots of blood from 10 donors. The average control cell recovery in 20 experiments was 85% with a coefficient of variation of 7.7%. The certainty of the number actually added decreases with the number of cells added. The experiment was performed on two different days: on day 1 the coefficient of variation when 10 cells were added was 25% and on day 2 it was 15%. In samples not added, tumor cells were not found after treatment. In contrast, tumor cells were detected in all added blood samples ranging from 6-15 tumor cells (average 10.5 cells, CV 32%). The data clearly showed that the sensitivity of the system was limited only by the volume of blood processed.

様々な部位および操作者間の試料調製および分析システム効率を特徴付けるために、6つのシステムを異なる部位に配置した。99名の健康なドナーからの血液試料をこれらの部位で二連で処理した。6つの部位を横切った対照細胞の平均回収率は77.1%であり、9.70の変動係数であった。期待されるごとく、二連の試料間の再現性は4.90の変動係数を持ちより良好である。潜在的な腫瘍細胞候補物としてソフトウェアによって分類された事象数は、10および304の事象の間で変動し、その平均は55であった。候補事象の概観は、192のうちの28(14.6%)の血液試料において、1個の細胞が、CTC膜として分類され、9個の試料において2細胞(4.7%)および3個の試料において3細胞(1.6%)および1試料において13(0.50)個のCTCが判明した。表IIIは、各部位についてのこれらの実験結果を示す。転移性乳癌につき治療された22名の患者において、16ないし703(平均116)候補CTCが判明した。候補事象の概観は、22のうち13の血液試料において、CTCとして分類される3個未満の細胞が判明し、4試料の3−10個のCTCが判明し、5試料において、10個を越えるCTCが判明した。   In order to characterize the efficiency of the sample preparation and analysis system between various sites and operators, six systems were placed at different sites. Blood samples from 99 healthy donors were processed in duplicate at these sites. The average recovery of control cells across the 6 sites was 77.1% with a coefficient of variation of 9.70. As expected, the reproducibility between duplicate samples is better with a coefficient of variation of 4.90. The number of events classified by the software as potential tumor cell candidates varied between 10 and 304 events, with an average of 55. An overview of candidate events is that in 28 of 192 (14.6%) blood samples, one cell was classified as a CTC membrane, and in 9 samples 2 cells (4.7%) and 3 3 cells (1.6%) in 1 sample and 13 (0.50) CTCs in 1 sample were found. Table III shows the results of these experiments for each site. In 22 patients treated for metastatic breast cancer, 16 to 703 (mean 116) candidate CTCs were found. An overview of candidate events is found in 13 out of 22 blood samples with less than 3 cells classified as CTCs, 3-10 CTCs in 4 samples, and more than 10 in 5 samples CTC was found.

極低頻度とはいえ、循環している腫瘍細胞は腺癌を持つ患者の血液中で検出できる。癌患者の管理におけるCTCの潜在的な使用を調査するために、CTCを正確でかつ信頼して計数および特徴付けできるシステムが、コントロールされた臨床研究を実施するために必要である。CTC数は腫瘍負担を表すことができ、CTC数における変化は、所与の処理の有効性を評価する手段を提供できる。治療標的の存在および不存在についてのCTCの分析を用いて、処置をガイドできる。健康といわれる個人におけるCTCの検出は、癌の早期の検出における進歩を表わす。かかる早期の検出が可能であるならば、固形腫瘍の非侵入性の「全身」生検を血液検査により行うことができる。   Although very rarely, circulating tumor cells can be detected in the blood of patients with adenocarcinoma. In order to investigate the potential use of CTCs in the management of cancer patients, a system that can accurately and reliably count and characterize CTCs is needed to conduct controlled clinical studies. The CTC number can represent tumor burden and changes in the CTC number can provide a means to assess the effectiveness of a given treatment. Analysis of CTCs for the presence and absence of therapeutic targets can be used to guide the treatment. The detection of CTC in individuals who are said to be healthy represents an advance in the early detection of cancer. If such early detection is possible, a non-invasive “whole body” biopsy of the solid tumor can be performed by a blood test.

この目的のために、7.5mlの血液から免疫磁気的に上皮細胞を分離し、同時に標本容量を低下させ、細胞を免疫蛍光的に標識する半自動システムを開発した。そのシステムは、分析チャンバー、および試料中の全ての磁気的に標識された細胞が分析用チャンバーの上部内側表面に引かれるのを可能とする磁気デバイスに移す320μlの液体試料を作製する。4色蛍光分析は、内部対照細胞を計数し、CD45につき細胞表面染色の核、細胞質の陽性染色およびそれらの欠如によって腫瘍細胞と潜在的に分類するセルスポッターシステムによって試料に行う。使用細胞と潜在的に分類されるすべての対象のサムネイルは、腫瘍細胞がユーザーが最終の判断を下すことができるユーザーインターフェースに表示される。 To this end, a semi-automated system was developed that immunomagnetically separates epithelial cells from 7.5 ml of blood while simultaneously reducing the sample volume and immunofluorescently labeling the cells. The system creates a 320 μl liquid sample that is transferred to the analysis chamber and a magnetic device that allows all magnetically labeled cells in the sample to be drawn to the upper inner surface of the analysis chamber. Four-color fluorescence analysis is performed on samples by the Cell Spotter R system, counting internal control cells and potentially classifying as tumor cells by CD45 for cell surface staining nuclei, cytoplasmic positive staining and their lack. Thumbnails of all subjects that are potentially classified as used cells are displayed in the user interface where tumor cells can be finalized by the user.

計数した腫瘍細胞のより高い回収率およびより良好な再現性によって示される血液試料のマニュアル調製に比較する場合に、システムによって行われた試料調製には有利さがある。添加実験からのデータは、そのシステムの優れた線形性および感度を示した。再現性を実証ために、99名の通常のドナーからの二連血液試料を6つの異なる部位で処理した。すべての部位を横切ったデータは、内部対照細胞の回収率によって評価されるようなあるレベルの再現性を示した。内部対照の平均回収率は77.1%であり、3.2%と11.8%(平均9.70)の間で変化する変動係数であった。システムの感度は、患者試料中のCTCを検出する能力および通常のドナーの血液中のCTCの同定による特異性によって決定した。分析ソフトウエアは、192個の通常の血液試料中で10および304候補事象(平均55)の間で同定し、これらの候補物の概観はCTCと分類される平均0.4の事象を示した。転移性乳癌につき治療された22名の患者では、16ないし703(平均116)の候補CTCが判明し、0−59(平均7)がCTCと分類された。22名の患者のうちの15名の患者の血液では、CTCの数が、通常の個人(平均+2.6*SE=0.56)における平均CTCカウントについて99%の信頼区間の上限を越えた。一名の通常の血液試料では、13の事象が操作者によってCTCと分類されたが、データの調査は、DiOC16で弱く染色された内部対照細胞にこれが起因し得ることを明らかにした。対照細胞の誤った分類のために潜在的な誤りの陽性結果を回避するために、内部対照細胞の添加は実際の患者試料を試行する前にシステムおよび操作者の熟達を示すために単に行われるであろう。試料調製およびCTC分析でのシステムと操作者の間の一貫しかつ再現性のある結果は、腺癌を持つ患者の管理におけるCTCレベルの役割を解明するためのコントロールされた臨床研究を実施する機会を提供する。   The sample preparation performed by the system is advantageous when compared to manual preparation of blood samples as indicated by higher recovery of counted tumor cells and better reproducibility. Data from the addition experiment showed the excellent linearity and sensitivity of the system. To demonstrate reproducibility, duplicate blood samples from 99 regular donors were processed at 6 different sites. Data across all sites showed a level of reproducibility as assessed by internal control cell recovery. The average recovery of the internal control was 77.1%, with a coefficient of variation varying between 3.2% and 11.8% (average 9.70). The sensitivity of the system was determined by its ability to detect CTCs in patient samples and specificity by identifying CTCs in normal donor blood. The analysis software identified between 10 and 304 candidate events (mean 55) in 192 normal blood samples, and an overview of these candidates showed an average of 0.4 events classified as CTC. . In 22 patients treated for metastatic breast cancer, 16 to 703 (mean 116) candidate CTCs were found and 0-59 (mean 7) were classified as CTCs. In the blood of 15 of 22 patients, the number of CTCs exceeded the upper limit of the 99% confidence interval for the average CTC count in normal individuals (mean + 2.6 * SE = 0.56) . In one normal blood sample, 13 events were classified as CTC by the operator, but examination of the data revealed that this could be attributed to internal control cells that were weakly stained with DiOC16. In order to avoid potential false positive results due to misclassification of control cells, the addition of internal control cells is simply done to show system and operator proficiency before trying the actual patient sample Will. Consistent and reproducible results between systems and operators in sample preparation and CTC analysis are the opportunity to conduct controlled clinical studies to elucidate the role of CTC levels in the management of patients with adenocarcinoma I will provide a.

Figure 2005516217
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実施例3
転移性乳癌につき治療した患者における循環している上皮細胞の計数
下記の方法は次の実施例の実施を促すために提供される。
患者. インフォームドコンセントを持って、8−20ml血液試料を、対照および乳房、前立腺および大腸の癌を持つ患者から得た。血液は1年の期間にわたりいくつかの時点にてこれらの患者のうちの何人から得た。血液試料は、抗凝血剤としてEDTAを含むVacutainer試験管(Becton-Dickinson)に引き入れた。試料を室温で維持し、収集後に24時間以内に処理した。循環している上皮細胞を、乳房、前立腺および大腸癌患者からの末梢血試料中で、および悪性疾患を示す証拠のない通常の対照において計数した。診断の日時、治療の介在および臨床的状態を患者のチャートから検索した。協力機関の施設内審査委員会はプロトコールを承認した。
Example 3
Counting circulating epithelial cells in patients treated for metastatic breast cancer The following method is provided to facilitate the implementation of the following examples.
patient. With informed consent, 8-20 ml blood samples were obtained from controls and patients with breast, prostate and colon cancer. Blood was obtained from several of these patients at several time points over a one year period. Blood samples were drawn into Vacutainer tubes (Becton-Dickinson) containing EDTA as an anticoagulant. Samples were kept at room temperature and processed within 24 hours after collection. Circulating epithelial cells were counted in peripheral blood samples from breast, prostate and colon cancer patients and in normal controls with no evidence of malignancy. The date of diagnosis, treatment intervention and clinical status were retrieved from the patient chart. The institutional review board of the partner organization approved the protocol.

試料調製。
上皮細胞付着分子(EpCAM)に特異的なモノクローナル抗体は上皮細胞起源の組織と広範囲に反応性である(Stahel RAら Int J Cancer Suppl. 8:6-26 (1994); Momburg Fら Cancer research. 47:2883-2891 (1987); Gaffey MJら Am J Surg Path. 16:593-599 (1992))。EpCAMの2つの異なるエピトープを認識するGA73.3またはMJ37 EpCAM抗体(D Herlynに親切にも提供された (Herlyn Dら J Immunol Methods. 73:157-167 (1984)) Wistar Institute, Philadelphia, PA and MJ Mattes (De Leij Lら Int J Cancer Suppl. 8:60-63 (1993)) Center for Molecular Medicine and Immunology, NJ)を磁性ナノ粒子(磁性流体)(Liberti PA & Piccoli SP, 米国特許第5,512,332号(1996), Immunicon, Huntingdon Valley, PA)にカップリングした。血液を13mmの内部直径を持つディスポーザブル試験管中で15分間抗EpCAMをコンジュゲートした磁性流体とインキュベートした。試験管は、10分間4つの反対磁石から構成された分離器に入れた(QMS13, Immunicon, Huntingdon Valley, PA)。分離後に、血液を吸引し廃棄した。試験管を磁気分離器から取出し、収集した画分を2mlのFACS浸透化溶液(BDIS, San Jose, CA)で容器の壁から再懸濁し、5分間磁気分離器に入れた。溶液は吸引し廃棄し、次いで、細胞を150μlの細胞緩衝液(PBS、1%BSA、50mm EDTA、0.1%アジ化ナトリウム)に再懸濁し、それにフィコエリトリン(PE)でコンジュゲートした抗サイトケラチン(CAM5.2 モノクローナル抗体)およびペリジニン(Peridinin)葉緑素蛋白質(PerCP)で標識したCD45を飽和条件で添加した。15分のインキュベーション後に、2mlの細胞緩衝液を添加し、次いで、その細胞懸濁液を5分間磁気的に分離した。分離されていない懸濁液を廃棄した後に、収集した細胞を0.5mlのその緩衝液で再懸濁し、それにBDIS, San Jose, CAからのProcountシステムにおける核酸色素を製造者の指示に従って添加した。EpCAM抗体MJ37を磁性流体に使用したいくつかの場合において、GA73.3 PEを用いて、選択した上皮細胞を同定した。これらの場合では、細胞の浸透化は必要ではない。フローサイトメトリー用の試薬は、BDIS, San Jose, CAによって好意により提供された。
Sample preparation.
Monoclonal antibodies specific for epithelial cell adhesion molecule (EpCAM) are extensively reactive with tissues of epithelial cell origin (Stahel RA et al. Int J Cancer Suppl. 8: 6-26 (1994); Momburg F et al. Cancer research. 47: 2883-2891 (1987); Gaffey MJ et al. Am J Surg Path. 16: 593-599 (1992)). GA73.3 or MJ37 EpCAM antibodies that recognize two different epitopes of EpCAM (kindly provided by D Herlyn (Herlyn D et al. J Immunol Methods. 73: 157-167 (1984)) Wistar Institute, Philadelphia, PA and MJ Mattes (De Leij L et al., Int J Cancer Suppl. 8: 60-63 (1993)) Center for Molecular Medicine and Immunology, NJ). 512,332 (1996), Immunicon, Huntingdon Valley, PA). The blood was incubated with anti-EpCAM conjugated ferrofluid for 15 minutes in a disposable tube with an internal diameter of 13 mm. The test tubes were placed in a separator consisting of 4 counter magnets for 10 minutes (QMS 13, Immunicon, Huntingdon Valley, PA). After separation, blood was aspirated and discarded. The test tube was removed from the magnetic separator and the collected fraction was resuspended from the vessel wall with 2 ml of FACS permeabilizing solution (BDIS, San Jose, Calif.) And placed in the magnetic separator for 5 minutes. The solution is aspirated and discarded, then the cells are resuspended in 150 μl cell buffer (PBS, 1% BSA, 50 mm EDTA, 0.1% sodium azide) and conjugated with phycoerythrin (PE). CD45 labeled with keratin (CAM5.2 monoclonal antibody) and Peridinin chlorophyll protein (PerCP) was added under saturated conditions. After 15 minutes of incubation, 2 ml of cell buffer was added and the cell suspension was then magnetically separated for 5 minutes. After discarding the unseparated suspension, the harvested cells were resuspended with 0.5 ml of its buffer and nucleic acid dye in the Procount system from BDIS, San Jose, CA was added to it according to the manufacturer's instructions. . In some cases where EpCAM antibody MJ37 was used in ferrofluid, selected epithelial cells were identified using GA73.3 PE. In these cases, cell permeabilization is not necessary. Reagents for flow cytometry were kindly provided by BDIS, San Jose, CA.

循環している上皮細胞組織源を決定するための典型的な方法は、細胞化学と免疫学の同定技術を使用する。サイトケラチン 5、6、8、18(CK、5D3、LP34、Novocastra)、MUC−1糖タンパク質(MUC−1(Ma695 Novocastra))あるいは前立腺特異的抗原(PSMA)、Neil Bander博士(Cornell University, Ithaca, NY)から得たクローンJ591を認識する一次のモノクローナル抗体を、非特異的結合部位を5%BSAで30分間ブロッキングした後、スライドに添加した。試料を室温にて20分間インキュベートし、5分間PBSで2回洗浄し、次いで、さらに20分間第2のウサギ抗マウスIg(Z0259, Dako Corp., Carpenteria, CA)に曝露した。さらに2回洗浄後、試料をアルカリフォスファターゼ抗アルカリフォスファターゼ(APAAP)ウサギIg複合体で15分間インキュベートした。最後に、酵素基質((New Fuchsin, Dako Corp. CA)を添加した結果、赤色沈殿物が発生した。その核はヘマトキシリンで対染色(counterstain)した。データを光学顕微鏡に装着されたKodakデジタルカメラを用いて記録した。後の参照のためにデータをCDに保存できる。   Typical methods for determining circulating epithelial cell tissue sources use cytochemical and immunological identification techniques. Cytokeratin 5, 6, 8, 18 (CK, 5D3, LP34, Novocastra), MUC-1 glycoprotein (MUC-1 (Ma695 Novocastra)) or prostate specific antigen (PSMA), Dr. Neil Bander (Cornell University, Ithaca , NY) primary monoclonal antibody recognizing clone J591 was added to the slide after blocking non-specific binding sites with 5% BSA for 30 minutes. Samples were incubated for 20 minutes at room temperature, washed twice with PBS for 5 minutes, and then exposed to a second rabbit anti-mouse Ig (Z0259, Dako Corp., Carpenteria, Calif.) For an additional 20 minutes. After two additional washes, the samples were incubated with alkaline phosphatase anti-alkaline phosphatase (APAAP) rabbit Ig complex for 15 minutes. Finally, the addition of enzyme substrate ((New Fuchsin, Dako Corp. CA) resulted in the formation of a red precipitate whose nuclei were counterstained with hematoxylin. The data was a Kodak digital camera mounted on a light microscope. The data can be stored on a CD for later reference.

試料分析
85%の試料をFACSCalibur flowcytometer(BDIS, San Jose, CA)で分析した。データを核酸色素の蛍光に対する閾値を用いて、リストモード(listmode)で取得した。マルチパラメーターデータ分析をPaint-A-Gate Pro(BDIS, San Jose, CA)を用いて行った。分析基準には、前方光散乱により規定されるサイズ、直角光散乱により規定される粒度、PE標識サイトケラチンモノクローナル抗体での陽性染色およびPerCP標識されたCD45モノクローナル抗体で染色されないものが含まれる。各試料について、上皮細胞に典型的な領域の中に存在する事象数を10mlの血液に標準化した。
Sample analysis 85% of the samples were analyzed on a FACSCalibur flowcytometer (BDIS, San Jose, CA). Data were acquired in listmode using a threshold for nucleic acid dye fluorescence. Multiparameter data analysis was performed using Paint-A-Gate Pro (BDIS, San Jose, CA). Analytical criteria include those defined by forward light scatter, particle sizes defined by right angle light scatter, positive staining with PE-labeled cytokeratin monoclonal antibody and those not stained with PerCP-labeled CD45 monoclonal antibody. For each sample, the number of events present in the area typical of epithelial cells was normalized to 10 ml of blood.

全血に加えた腫瘍細胞を本発明のアッセイ方法を用いて単離する場合の結果を図5Aおよび5Bに示す。パネル5Aは、顕微鏡法による分析を示し、パネル5Bは、フローサイトメトリーを用いて得た分析結果を示す。図6A−6Cは、3つの時点での転移性乳癌を持つ1名の患者から得られた10mlの血液試料のフローサイトメトリー分析の3つの例を示し、フローサイトメトリー分析の抗白血球−対−抗上皮細胞抗体の相関的な表示を含む。図6、パネルAにおいて、14の事象が検出され、それらは上皮細胞に典型的な位置で存在する。パネル6Bでは、108個の上皮細胞を検出し、パネル6Cでは、1036個の上皮細胞が検出する。   The results of isolating tumor cells added to whole blood using the assay method of the present invention are shown in FIGS. 5A and 5B. Panel 5A shows the analysis by microscopy, and panel 5B shows the analysis results obtained using flow cytometry. 6A-6C show three examples of flow cytometric analysis of a 10 ml blood sample obtained from one patient with metastatic breast cancer at three time points, with anti-leukocyte vs. anti-leukocyte analysis of flow cytometry. Includes a relative display of anti-epithelial cell antibodies. In FIG. 6, panel A, 14 events are detected, which are present in locations typical of epithelial cells. In panel 6B, 108 epithelial cells are detected, and in panel 6C, 1036 epithelial cells are detected.

10mlの血液試料の分析で核酸色素で設定された閾値を通過する事象数は、5,000および50,000の事象間で変化した。これらの事象は細胞の残骸および白血球からなる。32の対照の血液の分析において、上皮細胞に典型的な領域に存在する事象数は、0−4/10ml血液(平均=1.0、SD=1.2)の範囲であった。   The number of events that passed the threshold set by the nucleic acid dye in the analysis of a 10 ml blood sample varied between 5,000 and 50,000 events. These events consist of cellular debris and white blood cells. In the analysis of 32 control bloods, the number of events present in the area typical of epithelial cells ranged from 0-4 / 10 ml blood (mean = 1.0, SD = 1.2).

8名の乳癌患者が試験期間中に活発な転移疾患を有していた。これらの患者では、10mlの血液中の上皮細胞数は0ないし1036の範囲内で変化した。疾患の活動は、主観的な基準、すなわち、骨の痛み、呼吸困難等および客観的基準、X線、骨スキャン、CTスキャン、MRIおよびリンパ節サイズにより評価した。表VIに記載のごとく、患者をカテゴリー0ないし4に分類した。   Eight breast cancer patients had active metastatic disease during the study period. In these patients, the number of epithelial cells in 10 ml of blood varied between 0 and 1036. Disease activity was assessed by subjective criteria, ie bone pain, dyspnea etc. and objective criteria, X-ray, bone scan, CT scan, MRI and lymph node size. Patients were classified into categories 0-4 as described in Table VI.

Figure 2005516217
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転移性疾患を持つ8名の患者の血液中の上皮細胞数の速度論を図7に示す。プロット中の暗い領域は、陽性事象を対照において検出した範囲を示す。また、プロットは、化学療法が投与した期間を示す。図7、パネルAは、生命を脅かす疾患および彼女達が試験に入った時点は200個の上皮細胞/10ml血液を持つ患者を示す。高服用量のアドリアマイシン(adriamycine)は、通常の範囲内の数を低下させたが、アドリアマイシンを中止した後、それは再び上昇した。アドリアマイシンの第2の経過後に、上皮細胞数はかなり落ちたが、通常の範囲に依然としてあった。図7、パネルBは、43週間の期間にわたる1名の患者の経過を示す。患者は試験の開始にて無症候性であったが、過去に骨転移を有することは知られていた。上皮細胞を通常のレベルを越えて検出し、その試験期間中徐々に増加した。高服用量のアドリアマイシンのコースを投与した後、上皮細胞数の短い減少が判明した。この患者における疾患の活動は明白にこの期間中に増加した。図7、パネルCおよびDにおいて、2名の患者がより少ない疾患活動で示される。また、これらの患者では、経時的な上皮細胞数の変化は、疾患の活動の変化を反映した。パネル7Eおよび7Fにおいて示される患者において、末梢血上皮細胞数は試験された最終時点にて増加したが、患者は依然として症状がなかった。   The kinetics of the number of epithelial cells in the blood of 8 patients with metastatic disease is shown in FIG. The dark area in the plot indicates the range in which positive events were detected in the control. The plot also shows the period during which chemotherapy was administered. FIG. 7, Panel A shows a life-threatening disease and a patient with 200 epithelial cells / 10 ml blood when they entered the study. A high dose of adriamycine decreased the number within the normal range, but it rose again after adriamycin was discontinued. After the second course of adriamycin, the number of epithelial cells fell considerably but was still in the normal range. FIG. 7, panel B shows the course of one patient over a 43 week period. The patient was asymptomatic at the start of the study but was previously known to have bone metastases. Epithelial cells were detected above normal levels and gradually increased during the study period. A short decrease in the number of epithelial cells was found after administration of a high dose of adriamycin course. The disease activity in this patient clearly increased during this period. In FIG. 7, panels C and D, two patients are shown with less disease activity. In these patients, changes in the number of epithelial cells over time reflected changes in disease activity. In the patients shown in panels 7E and 7F, peripheral blood epithelial cell counts increased at the last time point tested, but the patient still had no symptoms.

パネル7Gに示される場合において、乳癌手術(T2N1M0)後に3年間であった最初の時点にて上皮細胞は検出されなかった。4週間後に、10mlの血液の50個の上皮細胞をフローサイトメトリーによって検出した。この時点の患者は、疾患再発の臨床的サインを有していなかった。さらなる血液試料を分析して、フローサイトメトリーによって検出した細胞が悪性細胞のものと一致する特徴を持っていたという形態学的な確認を得た。   In the case shown in panel 7G, no epithelial cells were detected at the first time point, which was 3 years after breast cancer surgery (T2N1M0). After 4 weeks, 50 epithelial cells of 10 ml of blood were detected by flow cytometry. The patient at this point had no clinical signs of disease recurrence. Additional blood samples were analyzed to obtain morphological confirmation that the cells detected by flow cytometry had characteristics consistent with those of malignant cells.

図8Aは大きな核−対−細胞質比を用い、サイトケラチンで陽性染色される2つの細胞を示し、双方の特徴は、上皮細胞起源の腫瘍細胞と一致している。この発見の4週間後、患者を腋窩のリンパ節生検を有した。生検から得られた細胞は、悪性起源であると分かった。この時点でのX線は肺転移のサインを示さなかったが、2週間後に行ったCTスキャンは肺転移の証拠を示した。患者は、肺転移からの症状を有さなかった。患者は、腋窩のリンパ節関与の消失によって測定されるようなビノレルビン(Vinorelbine)によく反応した。末梢血の上皮細胞数は、正常範囲の直上のレベルまで低下した。処理開始の28週間後に、末梢血上皮細胞数は増加し、健康診断により、腋窩リンパ節はサイズが増加した。乳癌の転移性疾患を持つこれらの8名の患者における末梢血上皮細胞数は、その試験期間中の疾患の活性、処置に対する応答またはその欠如を反映した。   FIG. 8A shows two cells positively stained with cytokeratin using a large nucleus-to-cytoplasm ratio, both features consistent with tumor cells of epithelial cell origin. Four weeks after this discovery, the patient had an axillary lymph node biopsy. Cells obtained from the biopsy were found to be of malignant origin. X-rays at this point showed no sign of lung metastasis, but a CT scan performed 2 weeks later showed evidence of lung metastasis. The patient had no symptoms from lung metastases. The patient responded well to Vinorelbine as measured by loss of axillary lymph node involvement. The number of peripheral blood epithelial cells decreased to a level just above the normal range. 28 weeks after the start of treatment, the peripheral blood epithelial cell count increased, and the axillary lymph nodes increased in size as a result of the physical examination. Peripheral blood epithelial cell counts in these 8 patients with breast cancer metastatic disease reflected disease activity, response to treatment or lack thereof during the study period.

前記の試験はコロイド磁性ナノ粒子を用いて行った。また、この実施例において、血液中の低頻度の腫瘍細胞の選択用の大きなサイズの磁気ビーズの効力を評価して、ミクロンサイズのビーズを用いて、腫瘍細胞を選択できるかを決定した。しかしながら、前記のごとく、ナノメーターサイズの磁気粒子が、本適用に好ましいと考えられる。   The above test was performed using colloidal magnetic nanoparticles. Also in this example, the efficacy of large size magnetic beads for selection of low frequency tumor cells in blood was evaluated to determine if tumor cells could be selected using micron sized beads. However, as noted above, nanometer-sized magnetic particles are considered preferred for this application.

前記のごとく、より大きなサイズのビーズの使用で不利に遭遇する。
これらは次のとおりである:
(i) ビーズは大きすぎるので拡散できない、かくして、低頻度にて存在する標的細胞とビーズの衝突には混合を必要とし、
(ii) ビーズが非常に速く沈み、連続的な混合の必要性を助長し、次いで
(iii)大きなサイズのビーズが細胞の周囲に群がり、分析を不明瞭とする。
As noted above, the use of larger sized beads is disadvantageous.
These are as follows:
(I) The beads are too large to diffuse, thus requiring mixing for target cells and beads that are present at low frequency,
(Ii) The beads sink very quickly, facilitating the need for continuous mixing, and then (iii) large sized beads cluster around the cells, obscuring the analysis.

従って、大きなサイズのビーズは、視覚化または分析に先立って細胞表面から除去される必要がある。本発明により、より大きなビーズでの細胞選択の効力が、ビーズ濃度を増加させ、連続混合でのインキュベーション時間を増加させて、希少な標的細胞への結合を促進することが判明した。この例において、2.8μmのダイナール抗上皮細胞ビーズ(Dynal, NY)を大きなビーズについての最適条件下のモデル試験における血液からの腫瘍細胞選択の効力をテストするのに用いた。これらのビーズは、上皮腫瘍細胞に特異的なモノクローナル抗体でコンジュゲートする。既知数の腫瘍細胞(癌細胞系)を通常の血液に加えて、ビーズで選択後、回収率を決定する。腫瘍細胞を蛍光色素で標識して、検出中に血液細胞からそれらを区別した。製造者による推奨されるプロトコールに従った。   Thus, large sized beads need to be removed from the cell surface prior to visualization or analysis. In accordance with the present invention, it has been found that the potency of cell selection with larger beads increases the bead concentration and increases the incubation time with continuous mixing to promote binding to rare target cells. In this example, 2.8 μm Dynal anti-epithelial cell beads (Dynal, NY) were used to test the efficacy of tumor cell selection from blood in a model test under optimal conditions for large beads. These beads are conjugated with a monoclonal antibody specific for epithelial tumor cells. A known number of tumor cells (cancer cell line) is added to normal blood and after selection with beads, recovery is determined. Tumor cells were labeled with a fluorescent dye to distinguish them from blood cells during detection. The manufacturer's recommended protocol was followed.

全血(5ml)を15mlのポリスチレン遠心分離機試験管の添加に続いて、20±3個の蛍光標識したSKBR−3(乳腫瘍細胞系)細胞を添加した。SKBR−3細胞は、ビーズによる選択の後に検出を可能とするように核酸染色色素(Hoechst 33342)で予め染色した。血液を5mM EDTAを含む5mlのダルベッコのPBSで希釈し、希釈血液とロッカー(rocker)上で4℃にて15分間混合した。50×10ビーズを含有する100μlのダイナールの抗上皮細胞ビーズを血液試料に添加し、ロッカー上で混合しつつ4℃にて30分間インキュベートした。用いたビーズ数は、総白血細胞、すなわち、白細胞あたりの1個のビーズに類似することに注目されたし。磁気的に標識した細胞は、6分間ダイナールMPC磁気分離器に試料試験管を入れることにより分離した。 Whole blood (5 ml) was added with 15 ml polystyrene centrifuge tube followed by 20 ± 3 fluorescently labeled SKBR-3 (breast tumor cell line) cells. SKBR-3 cells were prestained with a nucleic acid staining dye (Hoechst 33342) to allow detection after selection with beads. The blood was diluted with 5 ml Dulbecco's PBS containing 5 mM EDTA and mixed with diluted blood on a rocker at 4 ° C. for 15 minutes. 100 μl of dynal anti-epithelial cell beads containing 50 × 10 6 beads were added to the blood sample and incubated for 30 minutes at 4 ° C. with mixing on a rocker. Note that the number of beads used is similar to total white blood cells, ie, one bead per white cell. Magnetically labeled cells were separated by placing sample tubes in a Dynal MPC magnetic separator for 6 minutes.

懸濁液を吸引後、収集した細胞は、0.1%のBSAを含有するダルベッコのPBSの3mlで再懸濁した。試料試験管をダイナールMPCに6分間戻し、いずれのキャリーオーバーの血液細胞も除去した。磁気的に結合した細胞を上澄みの吸引後に0.1%BSAを含有するダルベッコのPBSの200μlに再懸濁した。   After aspirating the suspension, the collected cells were resuspended in 3 ml of Dulbecco's PBS containing 0.1% BSA. Sample tubes were returned to the Dynal MPC for 6 minutes to remove any carryover blood cells. The magnetically bound cells were resuspended in 200 μl of Dulbecco's PBS containing 0.1% BSA after aspiration of the supernatant.

選択した腫瘍細胞を含む最終試料、非特異的結合した血液細胞および過剰の遊離磁気ビーズを免疫蛍光スライド上にスポットして、腫瘍細胞を検出した。200μlの試料を10個の異なるウェルにスポットして、遊離の磁気ビーズを分散させた。各ウェルに存在する蛍光的に染色した蛍光染色腫瘍細胞を蛍光顕微鏡を用いてカウントした。その結果を表Vに示す:   Tumor cells were detected by spotting a final sample containing selected tumor cells, non-specifically bound blood cells and excess free magnetic beads on an immunofluorescent slide. 200 μl of sample was spotted in 10 different wells to disperse the free magnetic beads. Fluorescently stained fluorescently stained tumor cells present in each well were counted using a fluorescence microscope. The results are shown in Table V:

Figure 2005516217
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この結果は、平均67%の加えた細胞がダイナール磁気ビーズにより血液から回収されたことを示す。これは、血液中に存在する腫瘍細胞が最適条件下より大きなサイズの磁気ビーズで効果的に選択できることを示す。しかしながら、この例において、血液からの腫瘍細胞の選択だけは、いずれの分析も行うことなく評価した。さらに、細胞が強力な蛍光色素で予め標識されたために回収率の効率が決定できた。最終試料(200μl)は、選択された腫瘍細胞(10−17)および非特異的結合した白血球に加えて、50×10ビーズを含有した。ビーズのサイズ(2.8μm)は、ある種の血液細胞に類似し、スライド上の大部分の表面領域を占有した。従って、回収データを得るために、試料は、回収された腫瘍細胞の検出を可能とするように遊離磁気ビーズを十分に分散させるためにいくつかのウェルにスポットしなければならない。 This result shows that an average of 67% of the added cells were recovered from the blood by Dynal magnetic beads. This indicates that tumor cells present in the blood can be effectively selected with larger size magnetic beads under optimal conditions. However, in this example, only the selection of tumor cells from the blood was evaluated without performing any analysis. Furthermore, the efficiency of recovery could be determined because the cells were pre-labeled with a strong fluorescent dye. The final sample (200 μl) contained 50 × 10 6 beads in addition to selected tumor cells (10-17) and non-specifically bound leukocytes. The bead size (2.8 μm) resembled certain blood cells and occupied most of the surface area on the slide. Thus, in order to obtain recovery data, the sample must be spotted in several wells to disperse the free magnetic beads sufficiently to allow detection of the recovered tumor cells.

また、細胞表面上に多数のビーズが存在し、それはさらなる分析のために選択された腫瘍細胞の観察および染色を排除する。この例において、腫瘍細胞を蛍光性の核酸色素で予め染色し、さらなる染色は検出に必要ではなかった。しかしながら、磁気ビーズ結合細胞の源の組織を同定することはしばしば望ましい。かかる同定は、臨床上の試料中に存在する腫瘍細胞を検出および特徴付けるための標識した抗体を用いて行う。従って、ビーズは、標的細胞選択後、すなわち、分析前に、細胞表面から除去し、試料から分離されなければならない。これは磁性ナノ粒子を含む場合ではない。というのは、それらのサイズが細胞分析に干渉しないからである。   There are also a large number of beads on the cell surface, which eliminates the observation and staining of selected tumor cells for further analysis. In this example, tumor cells were prestained with a fluorescent nucleic acid dye and no further staining was required for detection. However, it is often desirable to identify the source tissue of magnetic bead-bound cells. Such identification is performed using labeled antibodies to detect and characterize tumor cells present in clinical samples. Thus, the beads must be removed from the cell surface and separated from the sample after target cell selection, ie, prior to analysis. This is not the case with magnetic nanoparticles. This is because their size does not interfere with cell analysis.

要約すると、この例は、大きな磁気ビーズが循環している腫瘍細胞の効果的な単離につき本明細書に開示された方法に利用できることを示す。   In summary, this example shows that large magnetic beads can be used in the methods disclosed herein for effective isolation of circulating tumor cells.

細胞表面からビーズを放出するのに利用できるいくつかの方法があり、それは単離された細胞をかなりには損傷しない。一つの方法は、関連する抗原または抗体につき高親和性を有する過度に過剰な特異的に競合する試薬を添加することにより細胞表面から抗体を置き換えるものである。このタイプの機序は、あるペプチド(Baxter Isolex 300)を用いて臨床上の適用においてC34選択された細胞からビーズを遊離するのに用いる。そのペプチドはビーズ上の抗体に結合するためにCD34抗原と競合し、細胞から抗体−ビーズ複合体を遊離する。もう一つの方法は、ビーズおよび抗体間の可逆的な化学的リンカーを使用する。   There are several methods available for releasing beads from the cell surface that do not significantly damage the isolated cells. One method is to replace antibodies from the cell surface by adding an excessive excess of specifically competing reagents with high affinity for the relevant antigen or antibody. This type of mechanism is used to release beads from C34 selected cells in clinical applications using a peptide (Baxter Isolex 300). The peptide competes with the CD34 antigen to bind to the antibody on the bead, releasing the antibody-bead complex from the cell. Another method uses a reversible chemical linker between the beads and the antibody.

その化学的リンカーは、磁気ビーズへの抗体のコンジュゲーションの間に挿入できる。化学的リンクは、抗体からビーズを遊離するための適当な条件下で切断できる。現在用いている方法のうちの1つは、抗体を磁気ビーズに連結するための核酸リンカーを使用する。核酸リンカーはポリヌクレオチドであり、特にDNアーゼ酵素を用いて加水分解できる。核酸リンカー中に存在するヌクレオチド結合の加水分解に続いて、ビーズを細胞への結合を維持する抗体から遊離される。遊離されたビーズは、磁気分離により細胞懸濁液から除去できる。ビーズから自由にされた細胞は、顕微鏡法またはフローサイトメトリーによりさらなる分析のために用いることができる。   The chemical linker can be inserted during conjugation of the antibody to the magnetic beads. The chemical link can be cleaved under suitable conditions to release the beads from the antibody. One currently used method uses a nucleic acid linker to link the antibody to the magnetic beads. Nucleic acid linkers are polynucleotides that can be hydrolyzed, particularly using DNase enzymes. Following hydrolysis of the nucleotide bonds present in the nucleic acid linker, the beads are released from the antibody that maintains binding to the cells. The released beads can be removed from the cell suspension by magnetic separation. Cells liberated from the beads can be used for further analysis by microscopy or flow cytometry.

この例は、大きなサイズの磁気ビーズを用いても、血液から腫瘍細胞を単離でき、但し、それらは細胞を標識するのに十分高い濃度にて用い、次いで、分析前に細胞から遊離されることを示す。   This example can also isolate tumor cells from blood using large size magnetic beads, although they are used at a concentration high enough to label the cells and then released from the cells prior to analysis It shows that.

実施例4
治療の意思を持つ乳癌の手術後の疾患の証拠のない患者における循環している上皮細胞の計数
手術後1および20年の間の37名の患者の末梢血液を、フローサイトメトリーによる上皮細胞の存在につき評価した。7つまでの末梢血試料をこれらの患者から1年間の期間にわたり採取した。表VIにおいて、各患者をリストし、手術の時期でのそのTNM(腫瘍、リンパ節および遠隔転移)によりソートした。また、表VIは、患者が、試験期間中に治療(化学療法またはホルモン治療のいずれか)を受けたかどうかを示した。過去に遠隔転移の証拠を持つが、試験時期では完全に緩和されている6名中3名の患者において、上皮細胞が、対照群で判明したより高頻度で血中に見出された。また、循環している上皮細胞は遠隔転移の証拠がない31名の患者のうち9名で判明した。
Example 4
Counting circulating epithelial cells in patients with no treatment evidence of breast cancer after surgery for willingness to treat Peripheral blood of 37 patients between 1 and 20 years after surgery was analyzed for epithelial cells by flow cytometry The existence was evaluated. Up to seven peripheral blood samples were collected from these patients over a one year period. In Table VI, each patient was listed and sorted by their TNM (tumor, lymph node and distant metastasis) at the time of surgery. Table VI also showed whether patients received treatment (either chemotherapy or hormonal treatment) during the study period. In 3 out of 6 patients with evidence of distant metastases in the past but completely relieved at the time of the study, epithelial cells were found in the blood more frequently than found in the control group. Circulating epithelial cells were found in 9 of 31 patients with no evidence of distant metastasis.

これらの9名の患者におけるフローサイトメトリーにより上皮細胞に典型的な領域に存在する低い数の事象はこれらの事象を腫瘍細胞と同定することを保証しない。スライド上に免疫磁気的に選択した細胞を置くことにより得られた細胞学は、図8に例示されるようなそれらの同一性の評価を援助する。図8、パネルAは、サイトケラチンに陽性に染色され、血液が採取された時点で転移性疾患の証拠のない患者から得られた2個の細胞を示す。パネル8Bは、過去に転移性疾患を持つが、完全に緩和した神患者からの細胞を示す。パネル8Cおよび8Dにおいて、2個の細胞が時点6にて患者25の血液から分離されたことを示す。パネル8Cに示された細胞は、悪性と一致する特徴を持っているが、パネル8D中の細胞は、通常の扁平上皮細胞の外観を持つ。   The low number of events present in areas typical of epithelial cells by flow cytometry in these nine patients does not guarantee that these events are identified as tumor cells. The cytology obtained by placing immunomagnetically selected cells on the slides assists in assessing their identity as illustrated in FIG. FIG. 8, panel A shows two cells obtained from a patient that stained positive for cytokeratin and had no evidence of metastatic disease at the time the blood was collected. Panel 8B shows cells from a divine patient who had a metastatic disease in the past but was completely relieved. Panels 8C and 8D show that 2 cells were separated from patient 25 blood at time point 6. The cells shown in panel 8C have features consistent with malignancy, but the cells in panel 8D have the appearance of normal squamous epithelial cells.

Figure 2005516217
Figure 2005516217

実施例5
手術の介在前に乳癌と診察された患者における循環している上皮細胞計数
表VIIは、13名の対照および30名の乳癌患者が本発明のアッセイ方法により評価された同様の臨床試験後に得られた結果を要約する。対照の個人において、20mlの血液中の上皮細胞数は、0−5(平均1.5S.D.=1.8)の範囲にある。対照的に、平均15.9のS.D.=17.4の上皮細胞が器官に限定された14名の乳癌患者(Tと分類された患者)の20mlの血液試料中に存在し、リンパ節の関与を持つものでは47.4のS.D.=52.3、および遠隔転移を持つものでは122のS.D.=140であった。転移の有無による対照群および乳癌患者間との細胞は、高度に優位であった[P、マルチパラメーター分析(Kruskal-Wallis)により0.001]。器官限局性および遠隔転移群間の差は、0.009(tテスト)であった。器官限局性乳癌を持つ患者における上皮細胞数は14名中12名の場合にカットオフポイトを越えた(対照群=6.9における平均値+3SD)。さらに、上皮細胞と分類された5事象を越える対照群における個人はなく、器官限局性乳癌を持つ14名の患者のうち2名だけが<7のかかる事象を有した。
Example 5
Circulating epithelial cell counts in patients diagnosed with breast cancer prior to surgery intervention Table VII was obtained after a similar clinical trial in which 13 controls and 30 breast cancer patients were evaluated by the assay method of the present invention. Summarize the results. In control individuals, the number of epithelial cells in 20 ml of blood is in the range of 0-5 (mean 1.5 SD = 1.8). In contrast, an average of 15.9 SD = 17.4 epithelial cells are present in a 20 ml blood sample of 14 breast cancer patients (patients classified as T x N 0 N 0 ) restricted to organs. For those with lymph node involvement, 47.4 SD = 52.3, and for those with distant metastasis, 122 SD = 140. Cells between the control group with and without metastasis and between breast cancer patients were highly dominant [P, 0.001 by multiparameter analysis (Kruskal-Wallis)]. The difference between the organ-localized and distant metastasis groups was 0.009 (t test). The number of epithelial cells in patients with organ-localized breast cancer exceeded the cut-off point in 12 of 14 patients (control group = mean value in 6.9 + 3SD). Furthermore, there were no individuals in the control group that exceeded 5 events classified as epithelial cells, and only 2 out of 14 patients with organ-localized breast cancer had <7 such events.

Figure 2005516217
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フローサイトメトリーを用いて、対照個体および乳癌の女性からの20mlの血液から得られた陽性事象を分析した。対照の血液中の上皮細胞数は、乳癌患者の各々の3群からtテスト(P≦0.01)およびKruskal-Wallisノンパラメトリック分析(P>0.001)による統計差である。この表中のデータを用いて、陽性試料の予備的なカットオフ値を確立した。この値は、通常の対照(n=13)における循環している上皮細胞数を平均し、SDを3倍加えることにより決定される。その平均は1.5であり、そのSDは1.8である。カットオフ:1.5+5.4=6.9。男女間の統計的な差はなかった。   Flow cytometry was used to analyze positive events obtained from 20 ml blood from control individuals and women with breast cancer. The number of epithelial cells in the control blood is a statistical difference by t-test (P ≦ 0.01) and Kruskal-Wallis nonparametric analysis (P> 0.001) from each of 3 groups of breast cancer patients. The data in this table was used to establish a preliminary cutoff value for positive samples. This value is determined by averaging the number of circulating epithelial cells in a normal control (n = 13) and adding SD three times. Its average is 1.5 and its SD is 1.8. Cut-off: 1.5 + 5.4 = 6.9. There was no statistical difference between men and women.

実施例6
転移CAPを持つ患者におけるCTCのモニタリング
前立腺の転移性疾患を持つ3名の患者を、化学療法の治療に続いてそれらの血液中の循環している上皮細胞の存在につき評価した。結果を図9に示す。データは、血液中の循環している上皮細胞の増加が疾患活動と相関性があることを明らかにする。
Example 6
Monitoring CTC in patients with metastatic CAP Three patients with prostate metastatic disease were evaluated for the presence of circulating epithelial cells in their blood following chemotherapy treatment. The results are shown in FIG. The data reveal that an increase in circulating epithelial cells in the blood correlates with disease activity.

10名の患者を、0、1、2、7、12、17および25週間の間隔でCTCおよびPSAの連続試験に選択した。8名の患者はホルモン難治性疾患を持ち、1名は、ホルモン治療を拒絶し、1名はホルモン感受性疾患を有した。患者のCTCおよびPSAレベルを図10の各時点にて示した。そのホルモン感受性患者は、試験期間中0.1ng/ml未満のPSAレベルを有し、そのCTC数は、14個の腫瘍細胞が測定された最後の時点を除いて匹敵した(図10A)。1週間後に反復されたそのCTCカウントは15であり、早期の観察を確認した。疾患の逆行(rogression)を示したサインおよび症状はこの患者において観察しなかった。3名の患者が遅い疾患進行を有した(図10B−D)。これらの患者における平均CTCカウントは対照群と統計的に異なっていた(3.0±3.0腫瘍細胞/7ml、P=0.002、n=25)。その25個のうち6個の試料において、そのCTC数は、7ml当り5以上であった。そのCTCサイズは前方光散乱により評価し、5以上のCTCを含む試料中で、77%±15%のこれらの細胞が10μmより大きかった。6名の患者は、試験期間中疾患進行を有した。これらの患者のうち4名のCTCおよびPSAの値を図10E−Hに示す。平均のCTCカウントは、対照群(範囲1ないし283、n=22、平均45±65 CTC/7ml)とは明白に異なり、徐々に進行する疾患を持つ患者とは統計的に異なっていた(P=0.008)。22個のうち19個の試料において、CTCカウントは5以上であり、51%±17%のCTCが10μmより大きかった。この群の患者において、CTCにおける増加が、PSAのレベルの増加に平行した。   Ten patients were selected for continuous CTC and PSA testing at intervals of 0, 1, 2, 7, 12, 17 and 25 weeks. Eight patients had hormonal refractory disease, one refused hormonal treatment, and one had hormone sensitive disease. Patient CTC and PSA levels are shown at each time point in FIG. The hormone sensitive patient had a PSA level of less than 0.1 ng / ml during the study period, and the CTC count was comparable except at the last time point when 14 tumor cells were measured (FIG. 10A). Its CTC count repeated after 1 week was 15, confirming early observation. Signs and symptoms that showed disease progression were not observed in this patient. Three patients had slow disease progression (FIGS. 10B-D). Mean CTC counts in these patients were statistically different from the control group (3.0 ± 3.0 tumor cells / 7 ml, P = 0.002, n = 25). In 6 of the 25 samples, the CTC number was 5 or more per 7 ml. Its CTC size was assessed by forward light scattering, and 77% ± 15% of these cells were larger than 10 μm in samples containing 5 or more CTCs. Six patients had disease progression during the study period. The CTC and PSA values of 4 of these patients are shown in FIGS. 10E-H. Mean CTC counts were clearly different from the control group (range 1-283, n = 22, average 45 ± 65 CTC / 7 ml) and statistically different from patients with progressive disease (P = 0.008). In 19 of the 22 samples, the CTC count was 5 or more and 51% ± 17% CTC was greater than 10 μm. In this group of patients, the increase in CTC paralleled the increase in PSA levels.

エストラムスチン(estramustine)およびタキサン(taxane)ベースの化学療法を受けている2名の患者が、対照群、および遅い疾患進行(範囲14−218、平均104±68 CTC/7ml)を持っていた患者と比較して、CTCカウントにおいて明らかな差を持っていた。これらの患者における32%±13%のCTCだけが、より大きな10μMのサイズを有した。tテストによる3つの患者群間のCTCサイズの比較は、群1と2(P=0.004)、群1および3(P=0.0001)、および群2および3(P=0.0008)間に有意差を示した。CTCおよびPSAの値および化学療法の投与は、両患者につき図11に示す。CTCの変動は化学療法剤の投与に一致した。CTCにおける相対的な変化は、PSAのものより断言され、そのCTCカウントは両グラフにおけるPSAレベルに平行した。しかしながら、実際の相関性は貧弱であった(図11A、R=0.17および図11B、R=0.46)。   Two patients receiving estramustine and taxane-based chemotherapy had a control group and slow disease progression (range 14-218, average 104 ± 68 CTC / 7 ml) There was a clear difference in CTC counts compared to patients. Only 32% ± 13% of CTCs in these patients had a larger size of 10 μM. Comparison of CTC sizes between the three patient groups by t-test is as follows: groups 1 and 2 (P = 0.004), groups 1 and 3 (P = 0.0001), and groups 2 and 3 (P = 0.0008). ) Showed a significant difference. CTC and PSA values and chemotherapy administration are shown in FIG. 11 for both patients. The variation in CTC was consistent with chemotherapeutic agent administration. The relative change in CTC was asserted from that of PSA, and its CTC count paralleled the PSA level in both graphs. However, the actual correlation was poor (FIG. 11A, R = 0.17 and FIG. 11B, R = 0.46).

本発明の方法はCTCを定量でき、HRPC進行中のCTC変化を評価するために用いた。in vitroでのPC3の添加実験は、強い線形相関(R=0.99)および優れた回収比率(74%±9%)を示した。7.5mlの血液中の、0.8±1.2細胞の検出限界は、22名の通常の男性のドナーの血液の分析により決定した。 The method of the present invention was able to quantify CTC and was used to evaluate CTC changes during HRPC progression. In vitro PC3 addition experiments showed a strong linear correlation (R 2 = 0.99) and excellent recovery (74% ± 9%). The limit of detection of 0.8 ± 1.2 cells in 7.5 ml of blood was determined by analysis of blood from 22 normal male donors.

1グラムの腫瘍は、約10個の細胞を血液に流す。CTCが局所のCAPで見出すという発明者らの観察は、局所化した乳癌を評価する従前の例に同意する。転移性CAPを持つ10名の患者を6か月間でCTC負荷および血清PSAレベルにつき連続試験を経験するように選択した。患者は、3つのコースで毎週、次いで、6ヶ月間に5週間毎に試験した。早期のホルモン抵抗性の前立腺癌(HRPC)(n=3)またはホルモン感受性疾患(n=1)のいずれかを持つ4名を評価した。かれらのCTCカウントは低かった(3.0±3)が、対照群と顕著に異なっていた(P<0.002)。全体として、CTCカウント傾向は劇的には上昇せず、ホルモン感受性疾患を持つ患者を例外としてPSAパターンに一致した(図10A)。この場合、そのCTCカウントは、第17週にて14個の細胞/7ml血液まで急激に上昇し、1週間後に確認され、それは、純粋な生物学的事象であったことを示唆した。血清PSAレベルは検出できないままであった。CTCレベルの急速な増加が生化学的PSAの障害に先行するかは、これから決定される。 A 1 gram tumor sheds about 10 6 cells into the blood. Our observation that CTCs are found in local CAP is in agreement with previous examples of evaluating localized breast cancer. Ten patients with metastatic CAP were selected to undergo serial testing for CTC load and serum PSA levels over a 6 month period. Patients were tested weekly for 3 courses and then every 5 weeks for 6 months. Four patients with either early hormone resistant prostate cancer (HRPC) (n = 3) or hormone sensitive disease (n = 1) were evaluated. Their CTC count was low (3.0 ± 3), but significantly different from the control group (P <0.002). Overall, the CTC count trend did not rise dramatically and matched the PSA pattern with the exception of patients with hormone-sensitive disease (FIG. 10A). In this case, the CTC count increased rapidly to 14 cells / 7 ml blood at week 17 and was confirmed after 1 week, suggesting that it was a pure biological event. Serum PSA levels remained undetectable. It is determined from this whether a rapid increase in CTC levels precedes the failure of biochemical PSA.

他の4名の男性が急速に進行性の転移性疾患あるいはHRPCを持っていた。それらのCTCカウントは早期のHRPC群より顕著に高かった(図10E−H)。血清PSAおよびCTCの値は、関連するようであった。しかしながら、それらの計算された相関性は変化した(図10A、R=0.42;図10B、R=0.67;図10C、R=0.65および図10D、R=0.98)。より本質的に異なる相関性(R=0.42)が、図10Eに示す患者において生じ、その患者は、転移性CAPからの尿毒症昏睡で死亡した、それは大きな腹膜の後部の疾患のために閉塞性尿路疾患を引き起こした。発明者らは、代謝異常が第1週でのCTCカウントにおける急激な一時的な低下を引き起こし得ることを提唱する。最強の相関性が、図10Hに示された患者で生じた(R=0.98)。この患者は、CTCカウントにおける劇的な上昇に密接に酷似するPSAのレベル上昇を有した。彼は徴候性の進行を発生したが、化学療法の低下を発生した。   The other four men had rapidly progressive metastatic disease or HRPC. Their CTC count was significantly higher than the early HRPC group (FIGS. 10E-H). Serum PSA and CTC values appeared to be related. However, their calculated correlations changed (FIG. 10A, R = 0.42; FIG. 10B, R = 0.67; FIG. 10C, R = 0.65 and FIG. 10D, R = 0.98). A more intrinsically different correlation (R = 0.42) occurred in the patient shown in FIG. 10E, who died of uremic coma from metastatic CAP, because of posterior disease of the large peritoneum Caused obstructive urinary tract disease. The inventors propose that metabolic abnormalities can cause a sudden and temporary decrease in CTC counts in the first week. The strongest correlation occurred in the patient shown in FIG. 10H (R = 0.98). This patient had an increased level of PSA that closely resembled a dramatic increase in CTC count. He developed a symptomatic progression but a decrease in chemotherapy.

10名のうち2名の患者が化学療法を受け、類似する様式で血清PSAレベルおよびCTCカウントの双方に関して衝撃を有した(図11)。これらの患者は、14および218個の腫瘍細胞/7mlの範囲にあるCTC数を維持した。双方の場合において、発明者らは、第1のタキソテレ(Taxotere)投薬の1週間後にCTCカウントにおける実質的な減少を観察し、これは、PSAのレベルの低下に平行した。両患者は、タキソテレの継続的な投薬にもかかわらず、CTCおよびPSAのレベルのかなりの上昇を示した。次いで、図11Bにおける示す患者をタキソールに切り替え、図11Aに示す患者をタキソテレで継続した。それら双方は第7週および第12週の間でCTCカウントの低下を示し、それは上昇または不変のPSAレベルのいずれかに逆説的に関係した。化学療法の完了の8週間後に、CTCおよびPSAのレベルの増加が見られた。これらの観察は、PSAレベルと比較して、CTCカウントが独立した予後の情報を提供できることを示す。   Two out of 10 patients received chemotherapy and had an impact on both serum PSA levels and CTC counts in a similar manner (Figure 11). These patients maintained CTC numbers in the range of 14 and 218 tumor cells / 7 ml. In both cases, the inventors observed a substantial decrease in CTC counts one week after the first Taxotere dose, which paralleled the decrease in PSA levels. Both patients showed significant increases in CTC and PSA levels despite continued dosing of Taxotere. The patient shown in FIG. 11B was then switched to taxol, and the patient shown in FIG. 11A was continued with taxotere. They both showed a decrease in CTC count between weeks 7 and 12, which was paradoxically related to either elevated or unchanged PSA levels. Eight weeks after completion of chemotherapy, increased levels of CTC and PSA were seen. These observations indicate that CTC counts can provide independent prognostic information compared to PSA levels.

平均CTCサイズはより進んだ疾患を持つ人においてより小さかった。化学療法は数を変更したが、CTCサイズでは変更せず、発明者らは、化学療法剤の投与前、投与中または投与後の細胞低下を示唆するためのCTCサイズの変化を見出さなかった。   The average CTC size was smaller in people with more advanced disease. Chemotherapy changed numbers, but not CTC size, and the inventors found no change in CTC size to suggest cell depletion before, during or after chemotherapeutic agent administration.

発明者らは、CTCカウントがHRPCを持つ患者で再現性をもって測定されると結論した。CTCレベルの変化は疾患進行を映した。CTCおよびPSAの上昇のパターンおよび速度は異なり、CTCがPSAに独立した予後の情報を提供することを示唆する。より重要なことには、CTC遺伝子型および発現型の特徴付けは将来の治療をガイドし、化学的感受性および耐性のメカニズムを解明できる。   The inventors concluded that CTC counts are measured reproducibly in patients with HRPC. Changes in CTC levels mirrored disease progression. The pattern and rate of CTC and PSA elevation are different, suggesting that CTC provides independent prognostic information for PSA. More importantly, CTC genotype and expression characterization can guide future treatment and elucidate the mechanisms of chemosensitivity and resistance.

実施例7
疾患活動は、大腸癌患者における循環している上皮細胞と相関できる
本発明の分析方法を様々な異なる癌タイプを持つ患者の評価に利益をもたらすのに用いることができる。また、例示するために、その方法を用いて、大腸癌を持つ患者における循環している上皮レベルを評価した。米国において、毎年診断された結腸直腸癌の130,000件以上の新しいケースが存在する。これらの患者の30−50%は再発し、それらの疾患で死ぬであろう。新しい処置の合理的な開発は、薬物効力を立証するための処置前後の腫瘍生検の希少な利用可能性によって妨害される。
Example 7
Disease activity can be correlated with circulating epithelial cells in colorectal cancer patients. The analytical methods of the invention can be used to benefit the evaluation of patients with a variety of different cancer types. To illustrate, the method was also used to evaluate circulating epithelial levels in patients with colorectal cancer. There are over 130,000 new cases of colorectal cancer diagnosed each year in the United States. 30-50% of these patients will relapse and die from their disease. The rational development of new treatments is hampered by the rare availability of pre- and post-treatment tumor biopsies to demonstrate drug efficacy.

転移の証拠のない大腸癌患者を手術の前後の循環している上皮細胞の存在につき評価した。その結果を図12に示し、表XIに要約した。そのデータは、大腸癌患者における循環している上皮細胞数が、手術の介在に先立ってより大きいことを明らかにする。   Colorectal cancer patients with no evidence of metastasis were evaluated for the presence of circulating epithelial cells before and after surgery. The results are shown in FIG. 12 and summarized in Table XI. The data reveals that the number of circulating epithelial cells in patients with colorectal cancer is greater prior to surgical intervention.

Figure 2005516217
Figure 2005516217

表Xおよび図13は、転移の証拠を持つ大腸癌患者が、循環している上皮細胞の存在および数につき評価された場合に得られたデータを示す。その結果は、手術後に局所疾患と比較して、末梢血中の上皮細胞数が転移性疾患を持つ患者においてより大きいことを明らかにした。さらに、その結果は、転移性疾患の範囲が循環している上皮細胞数と関連し得ることを示す。   Table X and FIG. 13 show the data obtained when colon cancer patients with evidence of metastasis were evaluated for the presence and number of circulating epithelial cells. The results revealed that the number of epithelial cells in peripheral blood was higher in patients with metastatic disease compared to local disease after surgery. Furthermore, the results indicate that the extent of metastatic disease can be related to the number of circulating epithelial cells.

Figure 2005516217
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抗癌性剤の合理的な臨床上の開発は、in vivoでの薬力学的評価のための腫瘍生検を繰り返すためのまれなアクセスにより妨害される。本発明の方法は、循環している腫瘍細胞における薬物効力の評価を可能とすることによりこの制限を克服する。転移性の結腸直腸癌を持つ患者(pts.)の末梢血から循環している上皮細胞を単離、計数および特徴付けるための本発明の免疫磁気分離および自動蛍光顕微鏡システムの能力を評価する付加的な予備的研究を行った。測定可能な転移性疾患を持つ20名の患者を用いた。5mlの末梢血を治療開始時点、および疾患再評価の時点(6−10週間の間隔)で得た。加えて、新鮮な腫瘍をフローサイトメトリーおよび遺伝子配列によって、循環している癌細胞およびin situ癌細胞の比較のために4名の患者において得た。患者の特徴は:7M/13F、中央値年齢64(範囲41−80)、転移性疾患を持つ中央値時間2.7m(範囲0.6−25m)であった。11名の患者が、転移性疾患のための先の化学療法を受けた。転移性疾患の部位には、肝臓(13名の患者)、肺(8名の患者)、腹膜(5名の患者)、小腸および前腹部壁(各1名の患者)を含まれた。最大の転移病変の中央値の直径は、5cm(範囲1.5−12cm)であった。循環している上皮細胞を、磁性流体にコンジュゲートした抗上皮細胞付着分子(EpCAM)で標識後に、全血から精製した。回収した上皮細胞の中央値の数は、抗サイトケラチンで標識するフローサイトメトリーにより測定された7/7.5ml末梢血(範囲3ないし150)であった。この試験結果を表IXBに示す。   The rational clinical development of anticancer agents is hampered by rare access to repeat tumor biopsies for in vivo pharmacodynamic evaluation. The method of the present invention overcomes this limitation by allowing assessment of drug efficacy in circulating tumor cells. Additional evaluation of the ability of the present immunomagnetic separation and automated fluorescence microscopy system to isolate, count and characterize circulating epithelial cells from peripheral blood of patients with metastatic colorectal cancer (pts.) Preliminary studies were conducted. Twenty patients with measurable metastatic disease were used. Five ml of peripheral blood was obtained at the start of treatment and at the time of disease reassessment (6-10 week interval). In addition, fresh tumors were obtained in 4 patients for comparison of circulating and in situ cancer cells by flow cytometry and gene sequencing. Patient characteristics were: 7M / 13F, median age 64 (range 41-80), median time 2.7 m (range 0.6-25 m) with metastatic disease. Eleven patients received prior chemotherapy for metastatic disease. Sites of metastatic disease included liver (13 patients), lungs (8 patients), peritoneum (5 patients), small intestine and anterior abdominal wall (1 patient each). The median diameter of the largest metastatic lesion was 5 cm (range 1.5-12 cm). Circulating epithelial cells were purified from whole blood after labeling with anti-epithelial cell adhesion molecule (EpCAM) conjugated to ferrofluid. The median number of recovered epithelial cells was 7 / 7.5 ml peripheral blood (range 3 to 150) measured by flow cytometry labeled with anti-cytokeratin. The test results are shown in Table IXB.

Figure 2005516217
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また、in vivoでの薬力学的評価につきこの技術の適合性を評価するための上皮成長因子受容体およびチミジル酸合成酵素(thymidylate synthase)発現についてのフローサイトメトリーによるさらなる表現型決定を本発明の方法に従い行うことができる。この試験は、転移性の結腸直腸癌を持つ患者の血液から循環している腫瘍細胞を単離する実現可能性を示した。加えて、本発明は、腫瘍集団中で原位置に存在する腫瘍細胞に対して循環している腫瘍細胞における変化を評価する方法を含む。かかる変化は、例えば、腫瘍体質関連分子の獲得または喪失を含に得る。また、遺伝子型または発現型の変化も検討できる。   In addition, further phenotyping by flow cytometry for epidermal growth factor receptor and thymidylate synthase expression to assess the suitability of this technique for in vivo pharmacodynamic evaluation is also provided by the present invention. It can be done according to the method. This study showed the feasibility of isolating circulating tumor cells from the blood of patients with metastatic colorectal cancer. In addition, the present invention includes a method of assessing changes in circulating tumor cells relative to tumor cells that are in situ in a tumor population. Such changes may include, for example, the acquisition or loss of tumor constitution related molecules. Also, changes in genotype or expression type can be examined.

前記の例は、健康な個体および乳房、前立腺および大腸癌を持つ患者の間の循環している上皮細胞数における高度にかなりの差を示す。加えて、循環している上皮細胞数のかなりの差は検出可能に広がっていない患者、局所リンパ節に広がった患者および遠隔転移を持つ患者間で判明した(Racilaら, (1998), 前記)。加えて、早期の乳癌の外科的除去後の患者の血液中の上皮細胞数を1年間モニターした。これらの患者のうちの数名において、残りの疾患を検出した。転移性疾患を持つ患者において、末梢血腫瘍細胞数の変化が腫瘍負荷および治療に対する反応と関連した。これらの試験結果は、悪性疾患の存在を検出し、かつ疾患の活動を測定する客観的な非侵襲性のツールとして本発明の細胞ベースのアッセイ方法の可能性を明らかにする。細胞の形態学および免疫表現型は、単離した細胞の悪性の性質を明らかにする。   The above examples show a highly significant difference in the number of circulating epithelial cells between healthy individuals and patients with breast, prostate and colon cancer. In addition, significant differences in the number of circulating epithelial cells were found between patients who did not detectably spread, patients who had spread to local lymph nodes, and patients with distant metastases (Racila et al., (1998), supra). . In addition, the number of epithelial cells in the patient's blood after surgical removal of early breast cancer was monitored for one year. In some of these patients, the remaining disease was detected. In patients with metastatic disease, changes in peripheral blood tumor cell counts were associated with tumor burden and response to treatment. These test results demonstrate the potential of the cell-based assay method of the present invention as an objective non-invasive tool for detecting the presence of malignant diseases and measuring disease activity. Cell morphology and immunophenotype reveal the malignant nature of isolated cells.

実施例8
単離した上皮細胞の組織源の同定
患者における前記の全試験は、通常の個人あるいは良性腫瘍を含めた癌の疾患のない患者と比較して、癌を有する患者において循環している過剰な上皮細胞が存在することを明らかにする。しかしながら、これらの過剰な循環している上皮細胞が、事実、腫瘍細胞であると分かることは本質的である。これは、癌が有るまたは無い患者からの免疫磁気的に精製された上皮細胞がガラススライド上にサイトスピンし、抗ムチンで処理する実験を行うことにより達成される。加えて、両者を対照して用いる通常の個人からの包皮および血液から得た通常の上皮細胞をサイトスピンした。そのスライドをコード化し、「ブラインドして」評価すること、観察者が病理学においてトレーニングを積むこと、および通常の上皮細胞を含むことは重要である。図8に見られるように、単離した腫瘍細胞−対−通常の上皮細胞間に顕著な差が存在する。通常の上皮細胞は、低い核−対−細胞比を有し、すなわち、豊富な細胞質および比較的小さな核が存在する。その核は、染色質の滑らかな分布を示す。細胞は抗ムチンで染色されない。対照的に、乳癌を持つ2名の患者からの細胞は非常に大きな核および細胞質の小さな周縁を持っている。加えて、染色質は、核の黒いパッチにより示されるように混乱し、細胞は抗ムチンで強く染色される。同じことが前立腺癌を持つ2名の患者からの細胞において観察される。病理学において訓練された内科医により癌を持つおよび癌のない患者からのコード化したスライドを示された(合計21枚のスライド)。病理学において訓練された内科医は、スライドを2回示した場合に癌細胞を有しなく、内部観察エラーを示さないので、対照からの血液を正確に同定した。前立腺癌を持つ2名の患者の場合において、腫瘍細胞はその試験で見られなかった。1枚のスライドを再評価し、腫瘍細胞を観察した。この不一致の原因は、細胞スミアーを走査するのに費やした時間の量のようである。要約すると、細胞形態学(cytomorphology)および免疫表現型は、癌を持つ患者の血中に存在する過剰な上皮細胞が事実癌細胞であることを示す。
Example 8
Identification of the tissue source of isolated epithelial cells All of the above studies in patients have excess epithelium circulating in patients with cancer compared to normal individuals or patients without cancer disease, including benign tumors. Reveal that cells are present. However, it is essential that these excessive circulating epithelial cells are in fact found to be tumor cells. This is accomplished by performing experiments in which immunomagnetically purified epithelial cells from patients with or without cancer are cytospun onto glass slides and treated with anti-mucin. In addition, normal epithelial cells obtained from foreskin and blood from normal individuals who used both as controls were cytospun. It is important that the slide be encoded and evaluated “blind”, that the observer trains in pathology, and includes normal epithelial cells. As can be seen in FIG. 8, there is a significant difference between isolated tumor cells-versus normal epithelial cells. Normal epithelial cells have a low nucleus-to-cell ratio, ie there is an abundant cytoplasm and relatively small nuclei. The nucleus shows a smooth distribution of chromatin. Cells are not stained with anti-mucin. In contrast, cells from two patients with breast cancer have a very large nucleus and a small periphery of the cytoplasm. In addition, the chromatin is confused as shown by the nuclear patch, and the cells are strongly stained with anti-mucin. The same is observed in cells from two patients with prostate cancer. Coded slides from patients with and without cancer were shown by physicians trained in pathology (a total of 21 slides). Physicians trained in pathology correctly identified blood from controls because they had no cancer cells when showing slides twice and showed no internal observation errors. In the case of 2 patients with prostate cancer, tumor cells were not seen in the study. One slide was re-evaluated and tumor cells were observed. The cause of this discrepancy appears to be the amount of time spent scanning the cell smear. In summary, cytomorphology and immunophenotype indicate that excess epithelial cells present in the blood of patients with cancer are in fact cancer cells.

前記の実験は、本明細書に開示した方法が、早期腫瘍を持つ患者の血中の癌細胞の検出を可能とする。事実、器官限局性疾患(早期の癌)を有すると臨床上決定された27名のうち25名の患者において、発明者らは血中に癌細胞の存在を検出した。これは、そのアッセイ方法が、通常遅く検出される(10−1010個の腫瘍細胞)それらの固形腫瘍において非常に早期に癌細胞を検出するであろうことを意味する。さらに、そのテストは、従来の手段によって早期の、恐らく、早期腫瘍の検出の前に乳房、前立腺および大腸癌の検出を可能とするであろう。前立腺についての血液中の腫瘍細胞の器官源は、抗前立腺特異的な細胞膜抗原(PMSA)、抗PSA(前立腺特異的抗原)または男性の対象の前立腺に特異的な他の抗体で染色されることにより確立できる。女性の患者における胸癌では、抗マンモグロビン(mammoglobin)抗プロゲステロン受容体、抗エストロゲン受容体ならびに抗乳脂肪グロブリン抗原IおよびIIでの染色は乳房起源の腫瘍を示すであろう。 From the above experiments, the method disclosed herein enables the detection of cancer cells in the blood of patients with early tumors. In fact, in 25 of the 27 patients clinically determined to have organ-localized disease (early cancer), the inventors detected the presence of cancer cells in the blood. This means that the assay method will detect cancer cells very early in those solid tumors which are usually detected late (10 9 -10 10 tumor cells). In addition, the test will allow for the detection of breast, prostate and colon cancer by conventional means early, possibly before detection of early tumors. The organ source of tumor cells in the blood for the prostate should be stained with anti-prostate specific cell membrane antigen (PMSA), anti-PSA (prostate specific antigen) or other antibodies specific for the prostate of a male subject Can be established. In breast cancer in female patients, staining with anti-mammoglobin anti-progesterone receptor, anti-estrogen receptor and anti-milk fat globulin antigens I and II will indicate a tumor of breast origin.

発明者らのテストは、他の器官、例えば、膵臓、食道、結腸、胃、肺、卵巣、腎臓等からの癌細胞を検出するであろう。次の表は、過剰な上皮細胞が乳房および前立腺以外の腺癌を持ついくつかの患者において観察された例を示す。   Our test will detect cancer cells from other organs such as pancreas, esophagus, colon, stomach, lung, ovary, kidney and the like. The following table shows examples where excess epithelial cells were observed in some patients with adenocarcinoma other than breast and prostate.

Figure 2005516217
Figure 2005516217

前記の表中に記載された各癌腫は、その対応する抗体を用いて、循環している腫瘍細胞の器官源を決定できる組織特異性抗原を発現する。   Each carcinoma listed in the table expresses a tissue-specific antigen that, using its corresponding antibody, can determine the organ source of circulating tumor cells.

早期の腫瘍細胞を供するプロセスを示すダイアグラムは、図14における転移性癌に進行する。また、本発明の血液テストを用いて、癌につきうまく従前に治療され、現在長期間の完全に緩和している患者における癌細胞を検出できる。事実、循環している上皮細胞、すなわち、休止している腫瘍細胞は、従前に5年以上治療し、かつ腫瘍の臨床上の遊離があるようである患者において検出した。これは、患者に再発が明確に成功した処置後10年さえ、長年生じ得る理由を説明する。実際には、証拠の蓄積は、乳癌の再発が乳房切除術の約10−12年後に遅い安定した速さで生じることを示唆する。   A diagram showing the process of providing early tumor cells progresses to metastatic cancer in FIG. The blood test of the present invention can also be used to detect cancer cells in patients who have been successfully treated for cancer in the past and are currently in full remission for a long time. In fact, circulating epithelial cells, ie, dormant tumor cells, have been detected in patients who have been previously treated for more than 5 years and are likely to have clinical release of the tumor. This explains why the patient can have many years of recurrence, even after 10 years after a clearly successful treatment. In fact, the accumulation of evidence suggests that recurrence of breast cancer occurs at a slow and steady rate approximately 10-12 years after mastectomy.

実施例9
高PSAレベルおよび陰性の生検を持つ患者における血液中の腫瘍細胞の検出
先の実施例により示されるように、本発明を用いて、現在無症候性の患者における癌を診断するのに利益をもたらす。この点を示すために、高PSAレベル(>12μl/ml)の2年間の病歴を持つ患者は、後記の分析に先立ち2週間行った前立腺の針生検を有した。その生検は、悪性の存在を明らかにしなかった。また、18か月前に行った先の生検は陰性であったことに注目すべきである。
Example 9
Detection of tumor cells in the blood in patients with high PSA levels and negative biopsies As demonstrated by the previous examples, the present invention can be used to diagnose cancer in patients who are currently asymptomatic. Bring. To illustrate this point, patients with a 2-year history of high PSA levels (> 12 μl / ml) had a prostate needle biopsy performed 2 weeks prior to the analysis described below. The biopsy did not reveal the presence of malignancy. It should also be noted that the previous biopsy performed 18 months ago was negative.

20mlの血液試料を得る前に、その患者には、血液中の腫瘍細胞の発生を増加させる意図を持つデジタル直腸検査および彼の拡大した前立腺の緩和なマッサージを与えた。血液試料は本発明の方法を用いて富化した。富化した画分は、Wrights-Giemsa染色を用いる顕微鏡法により検査した。単離した細胞の形態学的検査はそれらの悪性の特徴を明らかにした。明らかに、この患者は癌を有していた。観察した高PSAレベルを前立腺癌の診断は与えそうである。細胞の源は、本明細書に記載されるごとき適当な試薬を用いて決定できる。この実施例において示した結果は、本発明の方法を用いて、発見されなくなる源を検出できることを明らかにする。   Prior to obtaining a 20 ml blood sample, the patient was given a digital rectal exam intended to increase the incidence of tumor cells in the blood and a gentle massage of his enlarged prostate. Blood samples were enriched using the method of the present invention. Enriched fractions were examined by microscopy using Wrights-Giemsa staining. Morphological examination of the isolated cells revealed their malignant characteristics. Obviously, this patient had cancer. The diagnosis of prostate cancer is likely to give the observed high PSA levels. The source of the cells can be determined using appropriate reagents as described herein. The results presented in this example demonstrate that the method of the present invention can be used to detect sources that are no longer discovered.

血液検査の感度を増強する手段として血液へ腫瘍細胞を流すことを促すために局所マッサージを使用するという考えは、相当な長所を持つ概念である。単離に続いて、このアプローチによって循環へ遊離される細胞は、様々な異なる目的のために用いることができる。磁性流体で単離した細胞の場合において、単離した細胞を容易に培養および/またはクローン化できる。その得られた細胞系を用いて、化学療法の感受性および成長因子依存性のごとき様々な悪性細胞の特性を評価できる。   The idea of using a local massage to encourage the flow of tumor cells into the blood as a means of enhancing the sensitivity of blood tests is a concept with considerable advantages. Following isolation, cells released into the circulation by this approach can be used for a variety of different purposes. In the case of cells isolated with ferrofluid, the isolated cells can be easily cultured and / or cloned. The resulting cell lines can be used to evaluate various malignant cell properties such as chemosensitivity and growth factor dependence.

実施例10
単離した循環している腫瘍細胞の生化学的変化のモニタリング
癌の発生において、腫瘍細胞の遺伝不安定の結果、経時的な腫瘍細胞の優位な発現型の変化に導くことができる選択的な成長の利点を持つ新しいクローンを生成する。かかる1つの例は、HER−2(c−erbB2)原癌遺伝子の増幅であり、その結果、コード化した上皮成長因子膜貫通受容体を過剰発現する。この試験の目的は、進行した乳癌を持つ患者の血液中の循環している腫瘍細胞(CTC)に関してHER−2受容体が定量化できるか、およびHER−2発現のパターンが治療の間に変化するかを決定することである。この情報は、臨床医が高価な新しい標的指向された治療の結果を予測することを可能とするであろう。HER−2が本明細書に例示されているが、腫瘍細胞上またはその細胞中のさらなる腫瘍体質関連分子が、この方法で識別および評価されることは高度に望ましい。循環している腫瘍細胞の単離後に評価し得る適当な腫瘍体質関連分子を表XIに記載している。悪性と関連した核酸またはポリペプチド/蛋白質のごとき腫瘍体質関連分子における変化を検出するための典型的なアプローチは、以下のものが含まれる:
a) 試料中の予め予測される核酸の配列を対応する野生型核酸配列と比較して、患者からの試料が突然変異を含むかを決定し;または
b)腫瘍体質関連分子ポリペプチドの患者からの試料中の存在を決定し、存在するならば、そのポリペプチドが十分に長いか、および/または突然変異しているか、および/または正常レベルにて発現しているかを決定し;または
c)DNA制限マッピングを用いて、制限酵素が患者からの腫瘍体質関連分子核酸の試料を切断する場合に精製される制限パターンを、同起源の正常遺伝子またはその公知の突然変異から得られた制限パターンとを比較し;または
d)腫瘍体質関連分子核酸配列に結合できる特異的結合メンバー(正常配列または公知の変異配列のいずれか)を用いて、特異的結合メンバーがその配列とハイブリダイズできる核酸を含み、物質が本来または変異した核酸配列またはそれによりコードされるポリペプチドに特異性を持つ抗体を含み、その特異的結合メンバーが、その特異的結合メンバーのその結合パートナーに対する結合が検出可能なように標識され;または
e)正常または変異した遺伝子配列に基づき1以上のプライマーを含むPCRを用いて、患者からの試料中の正常または変異遺伝子につきスクリーニングする。
Example 10
Monitoring biochemical changes in isolated circulating tumor cells Selective, which can lead to dominant phenotypic changes in tumor cells over time as a result of genetic instability of tumor cells in cancer development Create new clones with growth advantages. One such example is amplification of the HER-2 (c-erbB2) proto-oncogene, resulting in overexpression of the encoded epidermal growth factor transmembrane receptor. The purpose of this study was to determine whether HER-2 receptor can be quantified with respect to circulating tumor cells (CTC) in the blood of patients with advanced breast cancer, and the pattern of HER-2 expression changed during treatment Is to decide what to do. This information will allow clinicians to predict the outcome of expensive new targeted treatments. Although HER-2 is exemplified herein, it is highly desirable that additional tumor constitution related molecules on or in tumor cells be identified and evaluated in this manner. Suitable tumor constitution related molecules that can be evaluated following isolation of circulating tumor cells are listed in Table XI. Typical approaches for detecting changes in tumor constitution related molecules such as nucleic acids or polypeptides / proteins associated with malignancy include the following:
a) comparing the sequence of the predicted nucleic acid in the sample with the corresponding wild-type nucleic acid sequence to determine if the sample from the patient contains a mutation; or b) from a patient with a tumor constitutional associated molecular polypeptide And if present, determine whether the polypeptide is sufficiently long and / or mutated and / or expressed at normal levels; or c) Using DNA restriction mapping, a restriction pattern purified when a restriction enzyme cleaves a sample of a tumor predisposition-associated molecular nucleic acid from a patient is referred to as a restriction pattern obtained from a cognate normal gene or a known mutation thereof. Or d) using a specific binding member (either a normal sequence or a known mutant sequence) capable of binding to a tumor constitution associated molecule nucleic acid sequence, the specific binding member A nucleic acid sequence capable of hybridizing to the sequence of the substance, wherein the substance comprises an antibody having specificity for the native or mutated nucleic acid sequence or the polypeptide encoded thereby, and the specific binding member is the binding of the specific binding member E) Screen for normal or mutated genes in samples from patients using PCR that is detectably labeled for binding to the partner; or e) PCR that includes one or more primers based on the normal or mutated gene sequence.

蛋白質分子の変化、例えば、コード化した核酸中の欠失または点変異からあげられるものを当業者によく知られている通常の方法を用いて評価できる。かかる方法には、ゲル電気泳動、ウェスタンブロット、HPLCおよびFPLCが含まれる。また、悪性と関連する核酸分子における変化は、通常の方法を用いて評価できる。   Changes in protein molecules, such as those resulting from deletions or point mutations in the encoded nucleic acid, can be assessed using conventional methods well known to those skilled in the art. Such methods include gel electrophoresis, western blot, HPLC and FPLC. In addition, changes in nucleic acid molecules associated with malignancy can be assessed using conventional methods.

また、膜糖タンパク上に存在する炭化水素部位における変化を評価できる。糖コンジュゲートおよびその上の糖を分析するプロトコールは、Ausubelら, 前記の第17章に供されている。   It is also possible to evaluate changes in hydrocarbon sites present on membrane glycoproteins. Protocols for analyzing sugar conjugates and sugars thereon are provided in Ausubel et al., Supra, Chapter 17.

本発明の方法において、外科的に切除した早期の腫瘍組織を限定された数の遺伝子および/または蛋白質の発現につき評価される。例としての乳癌を用いて、かかる腫瘍体質関連分子は、HER−2、エストロゲンおよびプロゲステロンを含み得る。腫瘍細胞の表現型における変化が元来の診断後に生じ、治療が失敗した後に治療に対する耐性が推察されるので、問題が疾患進行として挙げられる。治療前および治療中のCTCに関する標的腫瘍体質関連分子の存在の仮定は、腫瘍のリアルタイムの「全身」生検を構成する。これらのゴールを用いて、CTCを計数することならびに腫瘍細胞上またはその細胞中に存在する腫瘍体質関連分子の発現を定量化および特徴付けすることを開発した。この実施例において、発明者らは、転移性乳癌を持つ患者の血液からのCTC上のHER−2の発現の変化を記載する。   In the method of the present invention, surgically resected early tumor tissue is evaluated for the expression of a limited number of genes and / or proteins. Using breast cancer as an example, such tumor constitution related molecules may include HER-2, estrogen and progesterone. The problem is cited as disease progression because changes in the phenotype of the tumor cells occur after the original diagnosis and resistance to treatment is inferred after treatment failure. The assumption of the presence of target tumor constitution related molecules for CTC before and during treatment constitutes a real-time “whole body” biopsy of the tumor. These goals were used to develop counting CTCs and quantifying and characterizing the expression of tumor constitution related molecules present on or in tumor cells. In this example, we describe changes in the expression of HER-2 on CTCs from the blood of patients with metastatic breast cancer.

次の材料および方法を実施例10の実施を促すために提供する。   The following materials and methods are provided to facilitate implementation of Example 10.

患者集団
試験は、ジョージタウン大学のLombardi Cancer Centerで行った。この試験における患者は、治療中にCTC変動をモニターする予備的試験に登録したフェーズIIIのまたは転移性乳癌のより大きな群の24名の女性から選択された(Walkerら Proc. Am Soc. Clin. Onc. (2001) 19-54b)。その早期な組織ブロックが得ることができた19名の患者がこの試験に含まれた。全ての患者は測定可能な疾患を持っており、新しいアジュバントの化学療法を開始しようとした新たに診断された病期IIIである患者か、あるいは新しい内分泌、化学的または実験的治療を開始する文書化された進行性の転移性乳癌を持つ患者であった。治療の選定は、治療している内科医の判断に委ねた。治療している内科医および患者のいずれにもCTCアッセイ結果を通知しなかった。対照として、血液標本を21歳以上の22名の疾患がない女性から収集した。そのプロトコールはIRBで承認済であった。インフォームドコンセントまたは解除を、各々、患者および通常の対照対象から得た。
The patient population study was conducted at the Lombardi Cancer Center at Georgetown University. Patients in this study were selected from 24 women in a larger group of Phase III or metastatic breast cancer enrolled in a preliminary study to monitor CTC variation during treatment (Walker et al. Proc. Am Soc. Clin. Onc. (2001) 19-54b). Nineteen patients whose early tissue block could be obtained were included in this study. All patients have a measurable disease and are a newly diagnosed stage III patient who has started new adjuvant chemotherapy or a document that initiates a new endocrine, chemical or experimental treatment Who had advanced metastatic breast cancer. The choice of treatment was left to the judgment of the treating physician. Neither the treating physician nor the patient was notified of the CTC assay results. As a control, blood samples were collected from 22 disease-free women over 21 years of age. The protocol was approved by IRB. Informed consent or release was obtained from patients and normal control subjects, respectively.

臨床的評価
可能な場合には、2つの前登録評価を実施し、最初は4週間内の試験エントリー、および第2(ベースライン)は治療開始直前であった。現在の病歴を得、次いで、健康診断を臨床の腫瘍学者によって行った。血液学的分析には、差異および血小板カウントを持つCBC;尿検査、BUN、GOT、GPT、LDH、クレアチニン、アルカリフォスファターゼおよび総/直接的ビリルビンを含めた生化学が含まれた。腫瘍評価は、身体的な測定(カリパス(Caliper)またはルラー(ruler))に基づき、および/または画像試験(CTスキャン、MRI、骨スキャン等)に基づいた。治療に対する反応の評価をUnion International Contra Cancer (UICC)基準(Monfardiniら編 UICC- Manual of Adult and Pediatric Medical Oncology, Berlin, Germany, Springer 1987, p22-38)を用いて規定し、CTC/CTC HER−2結果についての知識なくして行った。血液の採取の時期および臨床状態の評価、個々の治療プロトコールに依存した。血液試料は、すべて室温に維持された10mlのACD Vacutainer試験管(BectonDickinson, NJ)に採取され、Immuniconに一晩流した。試料は収集後24時間以内に処理した。
Clinical Evaluation Two pre-registration evaluations were performed where possible, the first was study entry within 4 weeks, and the second (baseline) was just before the start of treatment. A current medical history was obtained and then a medical examination was performed by a clinical oncologist. Hematological analysis included CBC with difference and platelet count; biochemistry including urinalysis, BUN, GOT, GPT, LDH, creatinine, alkaline phosphatase and total / direct bilirubin. Tumor assessment was based on physical measurements (Caliper or ruler) and / or imaging studies (CT scan, MRI, bone scan, etc.). Evaluation of response to treatment is defined using the Union International Contra Cancer (UICC) criteria (Monfardini et al., UICC- Manual of Adult and Pediatric Medical Oncology, Berlin, Germany, Springer 1987, p22-38), and CTC / CTC HER- 2 Done without knowledge about the results. The timing of blood collection and evaluation of clinical status depended on the individual treatment protocol. Blood samples were collected in 10 ml ACD Vacutainer tubes (Becton Dickinson, NJ) all maintained at room temperature and run overnight on Imunicon. Samples were processed within 24 hours after collection.

HER−2染色した組織ブロック
患者の早期腫瘍からの組織ブロックを収集し、スライドをパラフィン包埋組織切片から調製した。そのスライドを製造者の指示に従い、HercepTest(DAKO, Carpinteria, CA )を用いてHER−2発現につき評価した。陽性および陰性のスライドを1名の病理学者によって評価し、0ないし3+のスケールを用いて、製造者のガイドラインにより点数付けした。
HER-2 stained tissue blocks Tissue blocks from early patient tumors were collected and slides were prepared from paraffin-embedded tissue sections. According to the manufacturer's instructions The slides were evaluated for HER-2 expression using HercepTest R (DAKO, Carpinteria, CA ). Positive and negative slides were evaluated by one pathologist and scored according to manufacturer's guidelines using a scale of 0 to 3+.

試料調製
5mlの血液を17mmの内部直径を持つディスポーザブル試験管(Fisher Scientific, USA)に移し、ブレーキオフで800gにて10分間遠心した。牛血清アルブミンを含むリン酸塩緩衝生理食塩水(PBS)を添加して、10mlの容積まで持ってきて、試料を反転によって混合した。前記のごとく、上皮細胞付着分子(EpCAM)に特異的なモノクローナル抗体(Mab)は、上皮細胞起源の組織と広範囲に反応性である。Mab VU−1D9はEpCAMを認識し、磁性ナノ粒子(磁性流体, Immunicon, Huntingdon Valley, PA)にカップリングした。EpCAM+細胞の「磁気的負荷」を増加させて、かつ細胞表面上のEpCAM密度における差のために捕捉効率における変動を減少させるために、デスチオビオチン(Desthiobiotin)をEpCAM標識磁性ナノ粒子にカップリングして、従前の実施例に記載されたCA−EpCAMを形成した。次いで、CA−EpCAM磁性流体、およびストレプトアビジンを含有する緩衝液を試料に添加して、細胞の磁気標識におけるこの増加を達成した。CA−EpCAM磁性流体上のデスチオビオチンを後記の浸透化緩衝液中に含まれたビオチンにより引き続いて置換し、それによって、CA−EpCAM磁性流体間の架橋を変換させた。直ちに、試料を、4つの反対する磁石から構成した磁気分離器に10分間入れた(QMS17, Immunicon, Huntingdon Valley, PA)。10分間後、試験管を分離器から取出し、5回反転させ、さらに10分間磁気分離器に戻した。この工程はもう一度繰り返し、試験管を20分間分離器に戻した。分離後、上清を吸引し廃棄した。試験管を磁気分離器から取出し、容器壁に集められた画分を3mlのBSA含有PBSで再懸濁した。その懸濁液を10分間磁気分離器に入れ、上清を吸引し廃棄した。細胞をMab蛍光色素コンジュゲートを飽和条件にて添加した200μlのビオチン含有浸透化緩衝液(Immuniperm, Immunicon Corp.)に再懸濁した。そのMabはケラチン4、6、8、10、13および18を認識するフィコエリトリン(PE)(Immunicon Corp.)をコンジュゲートした抗サイトケラチンMabC11、およびペリジニン(Peridinin)葉緑素蛋白質(PerCP)で標識した抗CD45(Hle-1, BDIS, San Jose, CA)およびシアニン3(CY−5)標識した抗―HER−2より構成された。HER−81を指定したMAb抗−HER−2は、HER−2の細胞外ドメイン上のエピトープを認識し、トラスツズマ(trastuzumab)あるいはそのネズミの親4D5を持つブロックと交差しない。それは、BT474乳癌細胞に対して10−10MのKdを持つマウスIgG1kである。そのMabで細胞を15分間インキュベートした後、2mlの細胞緩衝液(PBS、1%BSA、50mM EDTA)を添加し、その細胞懸濁液を10分間磁気的に分離した。分離されていない懸濁液を廃棄した後に、収集した細胞を0.5mlのPBSに再懸濁し、それに、Procountシステムに用いた核酸色素を添加した(Procount, BDIS, San Jose CA)。加えて、10,000個の蛍光性カウントビーズをその懸濁液に添加して、分析された試料量を確証した(Flow-Set Fluorospheres, Coulter, Miami, FLA)。
Sample Preparation 5 ml of blood was transferred to a disposable test tube (Fisher Scientific, USA) with an internal diameter of 17 mm and centrifuged at 800 g for 10 minutes with brake off. Phosphate buffered saline (PBS) containing bovine serum albumin was added to bring it to a volume of 10 ml and the sample was mixed by inversion. As noted above, monoclonal antibodies (Mabs) specific for epithelial cell adhesion molecules (EpCAM) are broadly reactive with tissues of epithelial cell origin. Mab VU-1D9 recognized EpCAM and coupled to magnetic nanoparticles (ferrofluid, Immunicon, Huntingdon Valley, PA). Coupling Desthiobiotin to EpCAM-labeled magnetic nanoparticles to increase the “magnetic load” of EpCAM + cells and to reduce variations in capture efficiency due to differences in EpCAM density on the cell surface The CA-EpCAM described in the previous examples was formed. CA-EpCAM ferrofluid and buffer containing streptavidin were then added to the sample to achieve this increase in magnetic labeling of the cells. Desthiobiotin on the CA-EpCAM ferrofluid was subsequently replaced by biotin contained in the permeabilization buffer described below, thereby transforming the crosslinks between the CA-EpCAM ferrofluids. Immediately, the sample was placed in a magnetic separator composed of 4 opposing magnets for 10 minutes (QMS 17, Immunicon, Huntingdon Valley, PA). After 10 minutes, the test tube was removed from the separator, inverted 5 times, and returned to the magnetic separator for an additional 10 minutes. This process was repeated once more and the test tube was returned to the separator for 20 minutes. After separation, the supernatant was aspirated and discarded. The test tube was removed from the magnetic separator and the fraction collected on the vessel wall was resuspended in 3 ml of BSA-containing PBS. The suspension was placed in a magnetic separator for 10 minutes and the supernatant was aspirated and discarded. Cells were resuspended in 200 μl of biotin-containing permeation buffer (Immuniperm, Immunicon Corp.) supplemented with Mab fluorochrome conjugate at saturation conditions. The Mab is anti-cytokeratin MabC11 conjugated with phycoerythrin (PE) (Immunicon Corp.), which recognizes keratins 4, 6, 8, 10, 13, and 18 and anti-labeled with Peridinin chlorophyll protein (PerCP). It consisted of CD45 (Hle-1, BDIS, San Jose, CA) and cyanine 3 (CY-5) labeled anti-HER-2. MAb anti-HER-2, designated HER-81, recognizes an epitope on the extracellular domain of HER-2 and does not cross the block with trastuzumab or its murine parent 4D5. It is a mouse IgG1k with a Kd of 10 −10 M against BT474 breast cancer cells. After incubating the cells with the Mab for 15 minutes, 2 ml of cell buffer (PBS, 1% BSA, 50 mM EDTA) was added and the cell suspension was magnetically separated for 10 minutes. After discarding the unseparated suspension, the collected cells were resuspended in 0.5 ml PBS and the nucleic acid dye used in the Procount system was added (Procount, BDIS, San Jose CA). In addition, 10,000 fluorescent count beads were added to the suspension to confirm the amount of sample analyzed (Flow-Set Fluorospheres, Coulter, Miami, FLA).

細胞系
前立腺腫瘍細胞系PC−3および乳癌ラインSKBR−3の細胞を10%FCSを補足した10mlのRPMI−1640を含むフラスコ中で培養した。細胞をトリプシン処理後フラスコから収穫し、洗浄および再懸濁して、所望の細胞濃度を得た。両細胞系に対するHER−2の定量的評価では、20,000個の細胞をPE(HER−2 PE)にコンジュゲートしたMabHER−81で染色した。HER−2の発現レベルの較正については、約3,000個の細胞を含む100μlの細胞懸濁液を5mlの血液に加えた。
Cell Lines Prostate tumor cell line PC-3 and breast cancer line SKBR-3 cells were cultured in flasks containing 10 ml RPMI-1640 supplemented with 10% FCS. Cells were harvested from the flask after trypsinization, washed and resuspended to obtain the desired cell concentration. For quantitative evaluation of HER-2 against both cell lines, 20,000 cells were stained with MabHER-81 conjugated to PE (HER-2 PE). For HER-2 expression level calibration, 100 μl of cell suspension containing about 3,000 cells was added to 5 ml of blood.

試料分析
試料を488nmのアルゴンイオンレーザーおよび635nmのレーザーダイオード(BDIS, San Jose, CA)を装備したFACS Caliburフローサイトメーターで分析した。データ収集は、核酸色素の蛍光に対する閾値を用いて、CellQuest(BDIS, San Jose, CA)で行った。8000個のビーズあるいは80%の試料を分析した後、その獲得を中止した。マルチパラメーターデータ分析をリストモードデータ(Paint -A-GatePro BDIS, San Jose, CA)に関して行った。分析基準には、前方光散乱により規定されるサイズ、直角光散乱により規定される粒度、PE標識抗サイトケラチンMAbでの陽性染色およびPerCP標識された抗CD45Mabで染色されないものが含まれた。各試料について、上皮細胞に典型的な領域の中に存在する事象数を修正因子1.25を掛けて、フローサイトメトリーにより分析されない試料量を説明した。そのフローサイトメーターを較正して、既知数の蛍光色素分子(QuantiBRITE PE, BDIS, San Jose, CA)を含むフィコエリトリン(PE)標識ビーズを用いて細胞上のHER−2の密度を評価した。次いで、乳腫瘍細胞系SKBR−3、および前立腺腫瘍細胞系PC−3上のHER−2の密度を、飽和条件下でPE−抗−HER−2で処理した細胞の蛍光強度を測定することにより評価した。SKBR−3およびPC−3細胞上のHER−2受容体の平均数は、各々、850,000個および9,500個であった。
Sample Analysis Samples were analyzed on a FACS Calibur flow cytometer equipped with a 488 nm argon ion laser and a 635 nm laser diode (BDIS, San Jose, Calif.). Data collection was performed at CellQuest (BDIS, San Jose, Calif.) Using thresholds for nucleic acid dye fluorescence. After analyzing 8000 beads or 80% sample, the acquisition was stopped. Multiparameter data analysis was performed on list mode data (Paint-A-Gate Pro BDIS, San Jose, CA). Analytical criteria included size defined by forward light scatter, particle size defined by right angle light scatter, positive staining with PE-labeled anti-cytokeratin MAb and those not stained with PerCP-labeled anti-CD45 Mab. For each sample, the number of events present in the region typical of epithelial cells was multiplied by a correction factor of 1.25 to account for the amount of sample not analyzed by flow cytometry. The flow cytometer was calibrated to assess the density of HER-2 on the cells using phycoerythrin (PE) labeled beads containing a known number of fluorophores (QuantiBRITE PE, BDIS, San Jose, Calif.). The density of HER-2 on the breast tumor cell line SKBR-3 and the prostate tumor cell line PC-3 was then measured by measuring the fluorescence intensity of cells treated with PE-anti-HER-2 under saturation conditions. evaluated. The average number of HER-2 receptors on SKBR-3 and PC-3 cells was 850,000 and 9,500, respectively.

CTCの計数
CTCの計数のために必要とされる感度を得るために、技術の組合せを必要した。第一に、血液中のEpCAM+細胞を富化した試料は、EpCAMに特異的なMAbsで覆われたコロイド常磁性粒子と細胞を混合し、続いて磁気分離することにより調製した。この免疫磁気試料の富化は試料量および背景造血細胞数の双方を低下させるために行った。次いで、残存ずる細胞をPE−抗−サイトケラチンで標識して上皮細胞を同定し、PerCP−抗−CD45で標識して白血球を同定し、Cy5−抗HER−2で標識してHER−2の発現を決定し、次いで、核酸色素を添加して、残存する赤血球、血小板および他の核がない「事象」を除外した。磁気分離(すなわち、洗浄)を試料調製の全体にわたって用いて、過剰に標識した試薬を除去し、非標的細胞のキャリーオーバーを低下させ、所望の容量中で細胞の再懸濁を可能とした。その試料を2つの光散乱および4つの蛍光パラメーターによって特徴付けられる各事象を持つフローサイトメトリーによって分析した。図15(パネルA−D)は、転移性乳癌を持つ患者から得られた5mlの血液試料のフローサイトメトリー分析の例である。パネル15Aは、PerCP−抗−CD45−対−PE−抗−サイトケラチンの相関的な表示を示す;パネル15Bは、PE−抗−サイトケラチン−対−核酸色素を示す;パネル15Cは、前方および直角の散乱を示し、パネル15DはCy5−抗−HER−2−対−PE−抗−サイトケラチンを示す。ビーズおよび白血球の位置をパネル中に示し、黒色で描かれている。パネル15A、15Bおよび15C中に描いたゲートは、CTC(CD45、サイトケラチン、>4μmおよび核酸)に典型的な領域を示す。CTC(強調した暗い小さな正方形)としての資格を得るために、事象は3つの領域すべてになければならなかった。他のすべての事象は残骸からなり、灰色で描かれている。CTCは、それらがパネル15D中の点線によって示すような白血球の背景染色を越えるならばHER−2であると考えられた。その図に示す同一のゲートを用いて、この試験の試料をすべて分析した。22の対照からの5mlの血液中に、対象当り1.5±2.1個の事象をCTCとして分類した領域中で検出した。これらの事象のいずれも、HER−2の発現に関係していなかった。対照的に、5−214個のCTC/5mlを治療の初期かまたは新しい系を開始した測定可能な疾患を持つ患者からの19個のうち10個の血液試料に検出した。
CTC counting In order to obtain the sensitivity required for CTC counting, a combination of techniques was required. First, samples enriched in EpCAM + cells in blood were prepared by mixing cells with colloidal paramagnetic particles coated with Epbs specific MAbs and subsequent magnetic separation. This enrichment of the immunomagnetic sample was performed to reduce both the sample volume and the number of background hematopoietic cells. The remaining cells are then labeled with PE-anti-cytokeratin to identify epithelial cells, labeled with PerCP-anti-CD45 to identify leukocytes, labeled with Cy5-anti-HER-2 and labeled with HER-2. Expression was determined and then nucleic acid dyes were added to rule out “events” with no remaining red blood cells, platelets and other nuclei. Magnetic separation (ie, washing) was used throughout sample preparation to remove excess labeled reagent, reduce carryover of non-target cells, and allow cell resuspension in the desired volume. The sample was analyzed by flow cytometry with each event characterized by two light scattering and four fluorescence parameters. FIG. 15 (Panels AD) is an example of flow cytometric analysis of a 5 ml blood sample obtained from a patient with metastatic breast cancer. Panel 15A shows a relative display of PerCP-anti-CD45-vs-PE-anti-cytokeratin; panel 15B shows PE-anti-cytokeratin-vs-nucleic acid dyes; Shows right-angle scatter, panel 15D shows Cy5-anti-HER-2-vs.-PE-anti-cytokeratin. The location of the beads and white blood cells are shown in the panel and are drawn in black. The gates depicted in panels 15A, 15B and 15C show regions typical for CTC (CD45 , cytokeratin + ,> 4 μm and nucleic acid + ). To qualify as a CTC (highlighted dark little square), the event had to be in all three areas. All other events consist of debris and are drawn in gray. CTCs were considered HER-2 + if they exceeded the white blood cell background staining as indicated by the dotted line in panel 15D. All samples in this test were analyzed using the same gate shown in the figure. In 5 ml blood from 22 controls, 1.5 ± 2.1 events per subject were detected in the area classified as CTC. None of these events were related to HER-2 expression. In contrast, 5-214 CTC / 5 ml were detected in 10 blood samples out of 19 from patients with measurable disease that started the new treatment or started a new system.

CTC上のHER−2の発現
CTC上のHER−2の発現レベルを測定するために、5mlの血液にSKBR−3(約850,000個のHER−2受容体)およびPC−3(約9,500個のHER−2受容体)細胞を加え、次いで、CTC分析のために処理した。白血球、PC−3およびSKBR−3細胞をサイトケラチンおよびCD45発現のユニークなプロフィールに基づき識別した。各細胞集団のCy5−抗−HER−2染色の蛍光強度を図16Aに示す。CTC上のHER−2の発現レベルは、4つのカテゴリーに細分した;
(1)発現なし、[5,000個未満の受容体(−)]白血球に典型的、(2)低発現[5,000〜50,000個の受容体](+)PC−3に典型的、(3)中度の発現[50,000〜500,000個の受容体](++)および(4)高発現[>500,000個の受容体(+++)]SKRB−3に典型的。3名の乳癌患者からのCTC上のサイトケラチンおよびHER−2の発現を図16B、16Cおよび16Dに示す。パネル16Bに示す患者からの大部分のCTCは、低レベルの発現したHER−2を有したが、少数ではHER−2を完全に欠いていた。全てのレベルのHER−2発現が、パネル16Cに説明した患者のCTC上で判明した。パネル16Dに示す患者におけるCTCは、全くないか低レベルのHER−2を発現するCTCおよび高レベルのHER−2を発現するCTCに分かれるようであった。すべての場合に、高レベルのHER−2を発現したCTCは、低レベルのサイトケラチンを相対的に発現した。表XIは、19名の乳癌患者からのCTCに関する、治療形式、治療に対する反応、一次組織上のHER−2発現、組織生検およびCTCの評価の間の月数、ベースラインおよび処置後のCTCおよびHER−2発現を示す。診断時に得られた早期腫瘍の組織ブロックをHER−2発現につきアッセイした。診断(腫瘍生検)およびCTC決定の間の時間は、大きく変化した(表XI)。19名中7名の患者の組織ブロックは、Herceptest染色によるHER−2(2+または3+)に陽性であった。6/7名の患者では、CTCが検出し、全ての6において、そのCTCはHER−2(表XII)を発現した。1名の患者において、CTCはHER−2を発現したが、組織切片は発現していなかった。HER−2を発現したCTCのパーセンテージ、およびCTCの表面上のHER−2の密度は、相当に変化した。
Expression of HER-2 on CTC To measure the expression level of HER-2 on CTC, SKBR-3 (about 850,000 HER-2 receptors) and PC-3 (about 9 , 500 HER-2 receptors) cells were added and then processed for CTC analysis. Leukocytes, PC-3 and SKBR-3 cells were identified based on a unique profile of cytokeratin and CD45 expression. The fluorescence intensity of Cy5-anti-HER-2 staining of each cell population is shown in FIG. 16A. The expression level of HER-2 on CTC was subdivided into four categories;
(1) No expression, [less than 5,000 receptors (−)] typical for leukocytes, (2) Low expression [5,000-50,000 receptors] (+) typical for PC-3 (3) Moderate expression [50,000-500,000 receptors] (++) and (4) High expression [> 500,000 receptors (++++)] typical for SKRB-3 . The expression of cytokeratin and HER-2 on CTCs from 3 breast cancer patients is shown in FIGS. 16B, 16C and 16D. Most CTCs from patients shown in panel 16B had low levels of expressed HER-2, but a small number were completely devoid of HER-2. All levels of HER-2 expression were found on the patient's CTC as described in panel 16C. The CTC in the patient shown in panel 16D appeared to be divided into a CTC expressing no or low levels of HER-2 and a CTC expressing high levels of HER-2. In all cases, CTCs that expressed high levels of HER-2 expressed relatively low levels of cytokeratin. Table XI shows the treatment format, response to therapy, HER-2 expression on primary tissue, months between evaluation of tissue biopsy and CTC, baseline and post-treatment CTCs for CTCs from 19 breast cancer patients And HER-2 expression. Early tumor tissue blocks obtained at diagnosis were assayed for HER-2 expression. The time between diagnosis (tumor biopsy) and CTC determination varied greatly (Table XI). Tissue block of 7 out of 19 patients was positive for HER-2 (2+ or 3+) by Herceptest staining. In 6/7 patients, CTC was detected and in all 6 the CTC expressed HER-2 (Table XII). In one patient, CTC expressed HER-2 but no tissue sections. The percentage of CTC that expressed HER-2 and the density of HER-2 on the surface of the CTC varied considerably.

Figure 2005516217
Pt#=患者番号、応答カテゴリー:P=進行、R=完了または部分的応答、S=安定、RX=処置:Do=ドキソルビシン、Cy=シクロフォスファミド、Flu=フルオキシメステロン(fluoxymesterone)、Go=酢酸ゴセレリン、An=アナストロゾール(anastrozole)、Exe=エグセメスタン(exemestane)、Meg=酢酸メゲステロール(megestrol)、Tam=タモキシフェン、Cap=カペシタビン(capecitabine)、Ta=パクリタキセル(Paclitaxel)、Tr=トラスツズマ(trastuzumab);期間(月) 組織/CTCs=組織生検およびCTC評価の間の期間(月)。CTC:−=<5個のCTC/5ml血液;+=5−10個のCTC/5ml血液;++=10−100個のCTC/5ml血液;+++=100−1000個のCTC/5ml血液。CTC上のHer−2:−=<25%のCTC発現HER−2;+=25−50%のCTC発現HER−2;++=50−75%のCTC発現HER−2;+++=75−100%のCTC発現HER−2;na=CTCが検出されないので適用可能できない。概観の目的で、発明者らは、HER−2発現をHER−2を発現しているCTCのパーセンテージとして分類した。後記の図において、4つの異なる密度のCTCの実数を異なる時点にて示す。
Figure 2005516217
Pt # = patient number, response category: P = progression, R = complete or partial response, S = stable, RX = treatment: Do = doxorubicin, Cy = cyclophosphamide, Flu = fluoxymesterone, Go = goserelin acetate, An = anastrozole, Exe = exemestane, Meg = megestrol acetate, Tam = tamoxifen, Cap = capecitabine, Ta = paclitaxel, Tr = Trastuzumab; period (months) Tissue / CTCs = period (months) between tissue biopsy and CTC assessment. CTC:-= <5 CTC / 5 ml blood; + = 5-10 CTC / 5 ml blood; ++ = 10-100 CTC / 5 ml blood; +++ = 100-1000 CTC / 5 ml blood. Her-2 on CTC:-= <25% CTC-expressing HER-2; + = 25-50% CTC-expressing HER-2; ++ = 50-75% CTC-expressing HER-2; +++ = 75-100 % CTC expression HER-2; na = CTC is not detected and is not applicable. For overview purposes, we classified HER-2 expression as a percentage of CTCs expressing HER-2. In the figure below, the real numbers of four different density CTCs are shown at different times.

処置中のCTC上のHER−2のCTCカウントおよび発現
8名の患者が進行し、4名は安定した疾患を有し、7名はそれらの治療に応答した(表XI)。3名の患者において、HER−2発現が治療開始にてCTC上で検出されなかった。その疾患はモニターされていた期間中3名の患者すべてに進行した。引き続いての測定において、CTCは増加し、ある割合のCTCがHER−2を発現した(表XI)。図17は、処置前および処置中にこれらの3名の患者において検出したCTC数を示す。矢印は処置の時間を示す。HER−2を欠失(0)または低度(+)、中度(++)または高度(+++)に発現したCTC数をバー内に示す。
CTC count and expression of HER-2 on CTCs during treatment Eight patients progressed, 4 had stable disease, and 7 responded to their treatment (Table XI). In 3 patients, HER-2 expression was not detected on CTC at the start of treatment. The disease progressed to all three patients during the monitored period. In subsequent measurements, CTCs increased and a percentage of CTCs expressed HER-2 (Table XI). FIG. 17 shows the number of CTCs detected in these three patients before and during treatment. The arrow indicates the time of treatment. The number of CTCs expressing HER-2 deleted (0) or low (+), moderate (++) or high (++++) is shown in the bar.

疾患進行を持つ3名の患者において、HER−2   In 3 patients with disease progression, HER-2

Figure 2005516217
Figure 2005516217

は、ベースラインのCTC上に存在し、HER−2を発現したCTCのパーセンテージは、明らかな変化を示さなかった(図18)。CTCは、図18Aおよび18Bに示す患者において治療経過中に徐々に増加した。パネル18Cに示す患者の血液中のCTCは本質的に低く、治療経過中に増加しなかった。追跡中の安定した疾患を有した他の3名の患者の処置前、処置中、処置後のCTC数を図19に示す。図19Aに示す患者の血液中のCTC数は増加し、一方、他の2名の患者におけるCTCは減少したが、処置後に依然として検出できた。注目されることには、図19Cに説明した患者(患者21)をトラスツズマとパクリタキセルで治療した。98%のCTCは処置前にHER−2の低度ないし中度のHER−2を発現した。CTC数は、処置開始の4週間後に214から79まで減少し、14%だけがHER−2を発現した。CTC数は、治療経過中減少し続け(23、13および11個のCTC)、HER−2を発現したCTCのパーセンテージは、各々、78、100および54%に増加した。患者の臨床状態(安定した疾患)は、治療経過後に行ったCTおよび骨スキャンに基づいたが、CTCにおける明確な低下は観察された。 Were present on baseline CTCs and the percentage of CTCs that expressed HER-2 did not show a clear change (Figure 18). CTC gradually increased over the course of treatment in the patients shown in FIGS. 18A and 18B. The CTC in the patient's blood shown in panel 18C was essentially low and did not increase during the course of treatment. The number of CTCs before, during and after treatment of the other 3 patients with stable disease being followed is shown in FIG. The number of CTCs in the patient's blood shown in FIG. 19A increased, while the CTCs in the other two patients decreased but could still be detected after treatment. Of note, the patient described in FIG. 19C (patient 21) was treated with trastuzuma and paclitaxel. 98% CTCs expressed low to moderate HER-2 HER-2 prior to treatment. The number of CTCs decreased from 214 to 79 after 4 weeks of treatment and only 14% expressed HER-2. The number of CTCs continued to decrease over the course of treatment (23, 13 and 11 CTCs), and the percentage of CTCs that expressed HER-2 increased to 78, 100 and 54%, respectively. The patient's clinical status (stable disease) was based on CT and bone scan performed after the course of treatment, but a clear reduction in CTC was observed.

考察
HER−2を過剰発現する乳癌を持つ女性の治療用のトラスツズマ(Herceptin)の最近の承認は、この疾患を持つ患者に利用可能な治療に重要な投与法を加えたBaselgaら Proc. Am. Soc. Clin. Onc. (1995) 14:103a; Pegramら J. Clin. Oncol. (1998) 16:2659-71; Cobleighら J. Clin. Oncol. (1999) 17:2639)。かかる標的指向の治療法の開発および利用は、「リアル・タイム」の、正確で、敏感で、特異的で、信頼性のあるin vitroの診断アッセイ方法を必要とする。そのアッセイは、所与の治療法から利益を得るであろう患者の部分集団だけではなくその治療に対する抵抗性を発生した患者の部分集団も検出できなければならない。トラスツズマ治療への立候補は、現在、免疫組織化学(腫瘍の陽性HER−2染色)または蛍光ハイブリッド形成法(FISH)によって決定されるようなHER−2遺伝子の増幅を示す証拠のいずれかによる陽性診断を必要とする。両手法の精度および感度に関する論争とは別に、いずれの手法(Lebeauら, J. Clin. Oncol. (2001) 19:354-363; Kakarら Molecular Diagnosis (2000) 5:199-207)も疾患の初期診断の時点からその疾患の再発の検出の時点までの腫瘍発現型の変化を検出しない。その疾患の臨床経過中に生じる腫瘍遺伝子型および発現型の変化は文書化され(Vogelsteinら N. Engl. J. Med. (1988) 319: 525-532; Pihanら Cancer Res. (2001) 61:2212-2219)、高価な標的指向性の治療を開始する前に決定されるべきである。大部分(>75%)の乳癌転移が内在的(骨、肝臓、肺等)であるので、罹患率およびルーチン生検を得るコストはひどく高価である。この実施例において、発明者らは、血液から単離した上皮細胞を用いて、腫瘍体質関連分子の存在を定量的に分析することができることを示した。癌を持つ患者におけるこれらの細胞数の増加は、それらを用いて、腫瘍進行を評価できる。この発明者による従来の試験は、その日における数時点で測定したCTCが変化しなかったが、実質的な増加が、疾患が進行したより長期間で判明したことを明らかにした。この試験において、CTCは、病期IIIおよびIVの乳癌を持つ19名中10名の患者からの5mlの血液中で検出した。CTCが検出される患者の頻度を増加させるために、より多くの血液両および試料調製手順の自動化を用いて、アッセイの感度を増加できる。HER−2を過剰発現している腫瘍を持つ患者からのCTCがHER−2であったという観察は、アッセイの論理的基礎を支持する。より重要なことは、3名の患者において、HER−2からHER−2のCTCに発現型の転換を観察したという事実であった。HER−2の過剰発現は、新しい系の処置の開始に先立ってCTC上で検出されなかったが、処置経過中の数の付随する実質的な増加を受けたCTC上で検出した。HER−2CTCへの転換は、より積極的な発現型への転換を示し得る。HER−2の発現が細胞分化と関連する細胞骨格蛋白質のサイトケラチンの発現と関係した観察は、仮説を支持する(Schaafsmaら in Rosen, P.P., Fechner, R.E.編 Pathology Annual vol. 29 (1994) pp. 21-62)。かくして、HER−2発現の変化を検出する能力は、治療および化学療法を標的としたHER−2の選択に関して臨床上重要である。
Discussion Recent approval of HER-2 overexpression for the treatment of women with breast cancer to Torasutsuzuma (Herceptin R) is, Baselga et al. Proc plus important administration to available treatments for patients with this disease. Am Soc. Clin. Onc. (1995) 14: 103a; Pegram et al. J. Clin. Oncol. (1998) 16: 2659-71; Cobleigh et al. J. Clin. Oncol. (1999) 17: 2639). The development and use of such targeted therapies requires "real time", accurate, sensitive, specific and reliable in vitro diagnostic assay methods. The assay should be able to detect not only the subpopulation of patients that would benefit from a given treatment, but also the subpopulation of patients who developed resistance to the treatment. Candidates for trastuzuma treatment are currently positive diagnosis either by immunohistochemistry (positive HER-2 staining of tumors) or evidence showing HER-2 gene amplification as determined by fluorescence hybridization (FISH) Need. Apart from the debate over the accuracy and sensitivity of both approaches, both approaches (Lebeau et al., J. Clin. Oncol. (2001) 19: 354-363; Kakar et al. Molecular Diagnosis (2000) 5: 199-207) No change in tumor phenotype is detected from the time of initial diagnosis to the time of detection of recurrence of the disease. Changes in tumor genotypes and expression types that occur during the clinical course of the disease are documented (Vogelstein et al. N. Engl. J. Med. (1988) 319: 525-532; Pihan et al. Cancer Res. (2001) 61: 2212-2219), to be determined before initiating expensive targeted therapy. Because most (> 75%) breast cancer metastases are intrinsic (bone, liver, lung, etc.), the morbidity and cost of obtaining routine biopsies is prohibitively expensive. In this example, the inventors have shown that epithelial cells isolated from blood can be used to quantitatively analyze the presence of tumor constitution related molecules. These increased cell numbers in patients with cancer can be used to assess tumor progression. A prior study by this inventor revealed that the CTC measured at several time points during the day did not change, but a substantial increase was found over a longer period of time as the disease progressed. In this study, CTCs were detected in 5 ml of blood from 10 out of 19 patients with stage III and IV breast cancer. To increase the frequency of patients in which CTC is detected, more blood and sample preparation procedures can be used to increase the sensitivity of the assay. The observation that CTCs from patients with tumors that overexpress HER-2 were HER-2 + supports the logical basis of the assay. More important was the fact that in 3 patients we observed a phenotypic conversion from HER-2- to HER-2 + CTC. HER-2 overexpression was not detected on CTCs prior to initiation of treatment in the new system, but was detected on CTCs that received a concomitant substantial increase in the number of treatments. Conversion to HER-2 + CTC may indicate a more aggressive conversion to the phenotype. The observation that the expression of HER-2 is related to the expression of cytokeratin, a cytoskeletal protein associated with cell differentiation, supports the hypothesis (Schaafsma et al. In Rosen, PP, Fechner, RE, Pathology Annual vol. 29 (1994) pp. 21-62). Thus, the ability to detect changes in HER-2 expression is clinically important with respect to the selection of HER-2 targeted for therapy and chemotherapy.

要約すると、発明者らは、乳癌を持つ患者の臨床状態がCTCレベルの変化により評価でき、かつ、これらの細胞上の抗原標的が定量的に評価することを示した。この情報は、個々の患者の疾患のための「調整した(Tailor)」治療の試みにおいて利益があり得る。HER−2が本明細書に例示されているが、他の多数の腫瘍体質関連分子およびマーカーにおける変化が生じ、腫瘍細胞がより悪性となり得る。悪性に関連した変化を示す分子には、限定されるものではないが、mdr、チミジル酸合成酵素、FSFR、p53、ras癌遺伝子、CD146、src、MUC1、uPA、PAI−1、ACTおよび他に多数のものが含まれる。染色体の転座、重要な細胞シグナリング分子中の点突発変異、および癌に関連した表面炭水化物変化をすべて従前に記載した。表XIIは臨床医によって評価できる生物学的分子のリストを提供し、患者疾患のより正確な診断を提供して、より重要なことには、治療用の適当な治療の投与法を立案する。例えば、pS2/pNR−2+乳癌は、患者が内分泌腺の治療に応答するであろうということを示す。悪性の進行中にしばしば変化し、単離した循環している腫瘍細胞において分析できるさらなる腫瘍体質を後記にリストする。このリストは単に例示を意味し、記載した分子に限定されるものではない。   In summary, the inventors have shown that the clinical status of patients with breast cancer can be assessed by changes in CTC levels, and antigenic targets on these cells are quantitatively assessed. This information may be beneficial in “Tailor” treatment attempts for individual patient disease. Although HER-2 is exemplified herein, changes in many other tumor constitution related molecules and markers can occur and tumor cells can become more malignant. Molecules that show malignant related changes include but are not limited to mdr, thymidylate synthase, FSFR, p53, ras oncogene, CD146, src, MUC1, uPA, PAI-1, ACT and others Many are included. Chromosomal translocations, point mutations in key cell signaling molecules, and surface carbohydrate changes associated with cancer have all been described previously. Table XII provides a list of biological molecules that can be evaluated by the clinician, provides a more accurate diagnosis of the patient's disease, and more importantly, formulates an appropriate therapeutic regimen for treatment. For example, pS2 / pNR-2 + breast cancer indicates that the patient will respond to endocrine treatment. Additional tumor constitutions that change frequently during malignant progression and can be analyzed in isolated circulating tumor cells are listed below. This list is merely illustrative and is not limited to the molecules described.

Figure 2005516217
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方法は、XIIにリストされた腫瘍体質関連分子における発現レベルの変化、代謝機能および/または遺伝子変化を分析するのに当業者には利用可能である。蛋白質発現レベルの変化は、フローサイトメトリー、レーザー走査サイトメトリー、免疫細胞化学、セルトラックス等によって評価できる。点突発変異のごとき遺伝変化は、制限酵素消化、FISH、PCRまたはウエスタンハイブリダイゼーションを用いて評価できる。糖タンパク質および糖脂質の糖鎖形成の変化は、癌に共通した特徴であり、恐らく、転移に賛成する細胞間相互作用を可能するか、または腫瘍細胞が免疫−監視を回避することを可能にすることにより癌細胞挙動に影響しかねない。糖鎖形成のヒトの癌の変化が免疫組織化学的手法、質量分析およびカラムクロマトグラフィーを用いて評価できる。本発明の方法を実施する模式的プロトコールを図20に提供する。   The methods are available to those skilled in the art to analyze changes in expression levels, metabolic functions and / or genetic changes in tumor constitution related molecules listed in XII. Changes in protein expression level can be evaluated by flow cytometry, laser scanning cytometry, immunocytochemistry, Celltrax and the like. Genetic changes such as point mutations can be assessed using restriction enzyme digestion, FISH, PCR or Western hybridization. Altered glycoprotein and glycolipid glycosylation is a common feature in cancer, possibly allowing cell-cell interactions in favor of metastasis or allowing tumor cells to avoid immune-surveillance Doing so may affect cancer cell behavior. Changes in glycosylation of human cancer can be assessed using immunohistochemical techniques, mass spectrometry and column chromatography. A schematic protocol for carrying out the method of the present invention is provided in FIG.

実施例11
癌の種々の態様を分析するための試験キット
また、本発明の使用に考えられるのは、本発明のアッセイを行うために用いた試薬を含む試験キットである。かかるキットは、特殊な適用のために設計されている。試薬は、限定されるものではないが、腫瘍細胞を含めた循環している希少細胞についての患者のスクリーニングを促進するために組立てことができる。この具体例において、そのキットは、磁心材料、蛋白質ベースコーティング材料および単離されるべき癌細胞上に存在する特有の決定基に特異結合する生物学的に特異的なリガンドを含むコロイド磁気粒子を含む。また、そのキットは、生物学的に特異的なリガンドにより認識された決定基とは異なる単離されるべき癌細胞上の第2の特有の決定基について親和性を有する少なくとも1つのさらなる生物学的に特異的な決定基を含む。また、そのキットは、分析からの核がない細胞および他の非標的試料成分を除外するための細胞特異的な色素を含む。また、例示的なキットは、少なくとも1つの腫瘍体質関連分子を検出するための試薬を含む。また、そのキットにおいて提供されるのは、実施例2に記載されたCell Spotterまたはセルトラックスカートリッジである。
Example 11
Test Kits for Analyzing Various Embodiments of Cancer Also contemplated for use in the present invention are test kits that contain reagents used to perform the assays of the present invention. Such kits are designed for special applications. Reagents can be assembled to facilitate patient screening for circulating rare cells, including but not limited to tumor cells. In this embodiment, the kit includes colloidal magnetic particles comprising a magnetic core material, a protein-based coating material, and a biologically specific ligand that specifically binds to a specific determinant present on the cancer cell to be isolated. . The kit also includes at least one additional biological having affinity for a second unique determinant on the cancer cell to be isolated that is different from the determinant recognized by the biologically specific ligand. Contains determinants specific for. The kit also includes cell-specific dyes to exclude cells without nuclei and other non-target sample components from the analysis. Exemplary kits also include reagents for detecting at least one tumor constitution associated molecule. Also provided in the kit is the Cell Spotter or Celltrax cartridge described in Example 2.

本発明による典型的なキットは、磁性ナノ粒子に直接的または間接的にカップリングした抗EpCAMおよび一対のモノクローナル抗体を含むことができ、その第一の抗体は癌特異的な決定基を認識し、その第2の抗体は非腫瘍細胞決定基、例えば、汎白血球抗原につき親和性を有する。また、少なくとも1つの腫瘍体質関連分子を検出する試薬をキットにおいて提供する。また、そのキットは、分析から核がない細胞を除外するために核酸色素を含む。本発明のキットは、所望により、生物学的緩衝液、浸透化緩衝液、プロトコール、分離容器、分析チャンバー、陽性細胞または適当なビーズおよび情報シートを含み得る。   A typical kit according to the present invention can comprise an anti-EpCAM and a pair of monoclonal antibodies coupled directly or indirectly to magnetic nanoparticles, the first antibody recognizing a cancer-specific determinant. The second antibody has an affinity for non-tumor cell determinants, such as pan-leukocyte antigens. Also provided in the kit is a reagent for detecting at least one tumor constitution associated molecule. The kit also includes a nucleic acid dye to exclude cells without nuclei from analysis. The kits of the invention can optionally include biological buffers, permeabilization buffers, protocols, separation containers, analysis chambers, positive cells or appropriate beads and information sheets.

また、前記のキットを循環中で表される検出された特定の癌細胞の診断および特徴付けを促すために製造できる。この具体例において、そのキットは、全ての前記に列記された品目のすべてを含み、さらに、好ましくは、癌特異的なモノクローナル抗体のパネルを含む。乳癌を例として用いて、診断用キットは、抗−MUC−1、抗エストロゲンおよび抗プロゲステロン受容体抗体、抗CA27.29、抗CA15.3、抗カテプシン受容体D、抗p53、抗ウロキナーゼタイププラスミノゲンアクチベーター、抗上皮成長因子、抗上皮成長因子受容体、抗BRCA1、抗BRCA2、抗前立腺特異的抗原、抗プラスミノゲンアクチベーター阻害剤、抗−Her2−neu抗体あるいは上記のものの部分集合を含み得る。   The kits can also be manufactured to facilitate diagnosis and characterization of the specific cancer cells detected that are represented in the circulation. In this embodiment, the kit includes all of the above listed items, and preferably further includes a panel of cancer specific monoclonal antibodies. Using breast cancer as an example, diagnostic kits include anti-MUC-1, anti-estrogen and anti-progesterone receptor antibodies, anti-CA27.29, anti-CA15.3, anti-cathepsin receptor D, anti-p53, anti-urokinase type plasminogen. An activator, anti-epidermal growth factor, anti-epidermal growth factor receptor, anti-BRCA1, anti-BRCA2, anti-prostate specific antigen, anti-plasminogen activator inhibitor, anti-Her2-neu antibody or a subset of the above may be included.

また、キットは、腫瘍の根絶に続いて再発する疾患および/または残存する細胞をモニターするのに提供される。この具体例において、癌のタイプが既に診断されているであろう。従って、そのキットは癌のための生物学的試料を用いる利用する試薬を全て含み、さらに、患者において従前に診断した癌のタイプに特異的なさらなる抗体を含む。再度、乳癌を例として用いて、かかるキットは抗―MUC−1を含むことができる。あるいは、そのキットは、抗−Her2−neuを含み得る。   Kits are also provided to monitor disease that recurs following tumor eradication and / or remaining cells. In this embodiment, the type of cancer will have already been diagnosed. Thus, the kit includes all of the reagents utilized using a biological sample for cancer, and further includes additional antibodies specific for the type of cancer previously diagnosed in the patient. Again, using breast cancer as an example, such a kit can contain anti-MUC-1. Alternatively, the kit can contain anti-Her2-neu.

本発明のキットは、様々な異なる癌タイプをスクリーニング、診断またはモニタリングできる。例えば、そのキットを利用して、前立腺癌を検出するならば、そのキットに含まれた抗体または相補的な核酸は、前立腺組織に存在する標的分子に特異的であろう。この目的のために適当な抗体またはマーカーは、抗前立腺特異的抗原、遊離PSA、前立腺酸性ホスファターゼ、クレアチンキナーゼ、チモシンb−15、p53、HPC1ベース前立腺遺伝子および前立腺特異的膜抗原を含む。患者が大腸癌の存在につきスクリーニングされる場合、癌胎児性抗原(CEA)に特異的な抗体がキットに含まれ得る。膀胱癌を持つ患者のスクリーニングのために利用したキットは、核マトリックス蛋白質に対する抗体(NMP22)、バード(Bard)膀胱腫瘍抗原(BTA)あるいは線維素低下生成物(FDP)の抗体を含み得る。マーカーおよび腫瘍体質関連分子は多数の異なる癌タイプにつき知られている。   The kit of the present invention can screen, diagnose or monitor a variety of different cancer types. For example, if the kit is used to detect prostate cancer, the antibody or complementary nucleic acid included in the kit will be specific for a target molecule present in prostate tissue. Suitable antibodies or markers for this purpose include anti-prostate specific antigens, free PSA, prostatic acid phosphatase, creatine kinase, thymosin b-15, p53, HPC1-based prostate gene and prostate specific membrane antigen. If the patient is screened for the presence of colon cancer, an antibody specific for carcinoembryonic antigen (CEA) can be included in the kit. Kits utilized for screening patients with bladder cancer can include antibodies against nuclear matrix proteins (NMP22), Bard bladder tumor antigen (BTA) or fibrin lowering product (FDP) antibodies. Markers and tumor constitution related molecules are known for a number of different cancer types.

本発明のキットを用いて分離した細胞を、形態限定されるものではないがクロマトグラフィー、起源の器官に関連したRNA、表面および細胞内の蛋白質、特に、悪性と関連するものにつきさらに試験できる。かかる分子についての既存の情報に基づいて、単離した細胞の発現、循環している細胞の分析を介するその腫瘍細胞の能力から決定することが可能であろう。   Cells isolated using the kit of the invention can be further tested for, but not limited to, chromatography, RNA associated with the organ of origin, surface and intracellular proteins, particularly those associated with malignancy. Based on existing information about such molecules, it may be possible to determine from the expression of isolated cells, the ability of that tumor cell through analysis of circulating cells.

特定のマーカーが知られているいずれの癌についてのキットも提供することが、本発明の目的である。腫瘍体質関連分子をまとめたリストおよびその有用性および/または表示は、以下の通りである:
I.腫瘍起源の表示
Muc−1−−乳房
PSAおよびPSMA−−前立腺
CEA−−結腸
CYPRA 21−1−−肺
CA 125−−卵巣
サイトケラチン−−リスト参照
抗HI67
II細胞周期
核酸色素
サイクリンA、CおよびE
p27
III細胞生存性/アポトーシス
bax
Bcl−2
カスパーゼ7
カスパーゼ8
カスパーゼ9
Fas(CD95)
シトクロムC
アメキシン(amexin)V、
抗メタロプロテイナーゼ
IV薬物感受性
エストロゲン、プロゲステロンおよびアンドロゲン受容体
HER−2/neu
V.薬物耐性
P−糖タンパク質(MDR)
t−グルタミルシステインシンセターゼ
タキソール−耐性−関連遺伝子―1−5
シス−ジアミンジクロロプラチナII耐性遺伝子
チミジル酸合成酵素
プロテインキナーゼC
テロメラーゼ

VI.ステージング
ルイスA

BRCA−1 BRCA−2
CA15.3(Muc−1)、CA 27.29、CA 19.9
LASA
p53
カテプシンD
ras癌遺伝子
It is an object of the present invention to provide kits for any cancer for which specific markers are known. A list of tumor constitution related molecules and their usefulness and / or indications are as follows:
I. Indication of Tumor Origin Muc-1--Breast PSA and PSMA--Prostate CEA--Colon CYPRA 21-1--Lung CA 125--Ovary Cytokeratin--See List Anti-HI67
II Cell Cycle Nucleic Acid Dye Cyclins A, C and E
p27
III cell viability / apoptosis bax
Bcl-2
Caspase-7
Caspase 8
Caspase 9
Fas (CD95)
Cytochrome C
Amexin V,
Antimetalloproteinase IV drug sensitivity Estrogen, progesterone and androgen receptor HER-2 / neu
V. Drug resistance
P-glycoprotein (MDR)
t-glutamylcysteine synthetase taxol-resistance-related gene-1-5
Cis-diamine dichloroplatinum II resistance gene Thymidylate synthase Protein kinase C
Telomerase

VI. Staging Lewis A
C
BRCA-1 BRCA-2
CA15.3 (Muc-1), CA 27.29, CA 19.9
LASA
p53
Cathepsin D
ras oncogene

以下の表は、本発明の方法を用いて単離した細胞の組織源を評価するために用いることができる異なるサイトケラチンマーカーを提供する。   The following table provides different cytokeratin markers that can be used to evaluate the tissue source of cells isolated using the methods of the invention.

Figure 2005516217
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Figure 2005516217
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以下に、本発明方法の実施が循環している乳腫瘍細胞の検出における使用のためのキットにより促進される理由を示す。   The following shows why the implementation of the method of the invention is facilitated by a kit for use in the detection of circulating breast tumor cells.

前記のごとく、そのキットは、全血からの腫瘍細胞を富化するための試薬、デバイスおよび方法で開始される。乳癌細胞を検出する例示的なキットは、6つの因子または表示を評価するであろうこと含む。その分析プラットホームは、レポーター分子が適当な励起および発光フィルターDAPi、CY2、CY3、CY3.5、CY5およびCY5.5により識別されるように配置されることを必要とする。この例における分析プラットホームは、水銀アークランプ、および使用した検出標識の波長を評価するための適当なフィルターセットを装備した蛍光顕微鏡を用いる。全てのマーカーは、この方法で1回導入された。UV光で励起され、核酸を染色するDAPiを用いて、細胞の核形態学を決定するであろう。CY2で標識されたCAM5.2を用いて、対照細胞を標識するであろう。CY3で標識したα−サイトケラチンを用いて、サイトケラチン7、8、18および19を標識するであろう。CY3.5でコンジュゲートした抗体を用いて、HER−2/neuを標識するであろう。CY5でコンジュゲートした抗体を用いて、Muc−1を標識するであろう。CY5.5にコンジュゲートした抗体を用いて、エストロゲン受容体を標識するであろう。適当な励起および発光フィルターを用いることにより、腫瘍細胞を同定するであろう。また、再度、セルトラックスまたはセルスポッターカートリッジの使用は、記載した方法において描かれる。 As noted above, the kit begins with reagents, devices and methods for enriching tumor cells from whole blood. An exemplary kit for detecting breast cancer cells includes assessing six factors or indications. The analysis platform requires that the reporter molecule be positioned such that it is distinguished by appropriate excitation and emission filters DAPi, CY2, CY3, CY3.5, CY5 and CY5.5. The analytical platform in this example uses a mercury microscope equipped with a mercury arc lamp and a suitable filter set for evaluating the wavelength of the detection label used. All markers were introduced once in this way. DAPi, which is excited with UV light and stains nucleic acids, will determine the nuclear morphology of the cells. Control cells will be labeled with CAM5.2 labeled with CY2. Cytokeratins 7, 8, 18 and 19 will be labeled with α-cytokeratin labeled with CY3. An antibody conjugated with CY3.5 will be used to label HER-2 / neu. An antibody conjugated with CY5 will be used to label Muc-1. An antibody conjugated to CY5.5 will be used to label the estrogen receptor. Tumor cells will be identified by using appropriate excitation and emission filters. Again, the use of Celltrax or Cell Spotter R cartridge is depicted in the manner described.

本発明の組成物、方法およびキットを用いて検出できる異なるタイプの癌の例には、アプドーマ、コリストーマ(choristoma)、ブランキオーマ(branchioma)、悪性カルチノイド症候群、カルチノイド心臓病、癌、例えば、ウォーカー(Walker)、基底細胞、基底有棘細胞(basosquamous)、ブラウン−パース(Brown-Pearce)、管状(ductal)、エールリッヒ腫瘍(Ehrlich tumor)、 原位置(in situ)、クレブス(Krebs)2、マーケル(merkel)細胞、ムチン性、非小細胞肺、燕麦細胞、乳頭状、スキルス、細気管支、気管支原性、扁平上皮細胞および移行上皮細胞内皮腫、黒色腫、軟骨芽細胞腫(chondroblastoma)、軟骨腫、軟骨肉腫、線維腫、線維肉腫、巨細胞腫瘍、組織球腫、脂肪腫、脂肪肉腫、中皮腫、粘液腫、粘液肉腫、骨腫、骨肉腫、ユーイング肉腫(Ewing's sarcoma)、滑膜腫、腺線維腫、腺リンパ腫、癌肉腫、脊索腫、間葉腫、中腎腫、筋肉腫、エナメル上皮腫、セメント質腫、歯牙腫、奇形腫、スロホブラスティック(throphoblastic)腫、腺癌、腺腫、胆管腫、コレステリン腫、円柱腫、嚢胞腺癌、嚢胞腺腫、顆粒膜細胞腫、男性胚腫(gynandroblastoma)、肝臓癌、汗腺腫、島細胞腫、ライディッヒ細胞腫、乳頭腫、セルトリ細胞、卵胞膜細胞腫腫瘍、平滑筋腫、平滑筋肉腫、筋芽細胞腫、筋腫、横紋筋腫、横紋筋肉腫、上衣細胞腫、神経節細胞腫、神経膠腫、髄芽腫、髄膜腫、神経鞘腫、神経芽細胞腫、神経上皮腫、神経線維腫、神経腫、非クロム親和性傍神経節腫、抗角化腫(antiokeratoma)、硬化性血管腫(angioma sclerosing)、血管腫症、グロムス血管腫、血管内皮腫、血管腫、血管外皮腫、血管肉腫、リンパ管腫、リンパ血管筋腫(lymphangiomyoma)、リンパ管肉腫、松果体腫、癌肉腫、軟骨肉腫、葉状嚢肉腫、線維肉腫、血管肉腫、平滑筋肉腫、白血肉腫症、脂肪肉腫、リンパ管肉腫、筋肉腫、粘液肉腫、卵巣癌、横紋筋肉腫、肉腫(カポジおよび肥満細胞)、新生物(例えば、骨、消化器系、結腸直腸、肝臓、膵臓、脳下垂体、精巣、眼窩、頭頸部、中枢神経系、聴覚、骨盤、呼吸器および泌尿器)、神経線維腫症および子宮頸部形成異常が含まれる。   Examples of different types of cancer that can be detected using the compositions, methods and kits of the present invention include Apdoma, choristoma, branchioma, malignant carcinoid syndrome, carcinoid heart disease, cancer, eg, Walker ), Basal cells, basosquamous, Brown-Pearce, ductal, Ehrlich tumor, in situ, Krebs 2, merkel ) Cells, mucinous, non-small cell lung, oat cell, papillary, skill, bronchiole, bronchiogenic, squamous cell and transitional cell endothelial tumor, melanoma, chondroblastoma, chondroma, Chondrosarcoma, fibroma, fibrosarcoma, giant cell tumor, histiocytoma, lipoma, liposarcoma, mesothelioma, myxoma, myxosarcoma, osteoma, osteosarcoma, Ewing's sarcoma s sarcoma), synovial tumor, adenofibroma, adenolymphoma, carcinosarcoma, chordoma, mesenchyme, midnephroma, myoma, enamel epithelioma, cementoma, odontoma, teratoma, slohobastic (Throphoblastic) tumor, adenocarcinoma, adenoma, cholangioma, cholesteatoma, columnar tumor, cystadenocarcinoma, cystadenoma, granulosa cell tumor, male germoma (gynandroblastoma), liver cancer, sweat adenoma, islet cell tumor, Leydig Celloma, papilloma, Sertoli cell, follicular cell tumor, leiomyoma, leiomyosarcoma, myoblastoma, myoma, rhabdomyosarcoma, rhabdomyosarcoma, ependymoma, ganglion cell, glioma , Medulloblastoma, meningioma, schwannoma, neuroblastoma, neuroepithelioma, neurofibroma, neuroma, non-chromophilic paraganglioma, antiokeratoma, sclerosing hemangioma (Angioma sclerosing), hemangiomatosis, glomus hemangioma, hemangioendothelioma, hemangioma, angioderma, angiosarcoma Lymphangioma, lymphangiomyoma, lymphangiosarcoma, pineal gland, carcinosarcoma, chondrosarcoma, phyllosarcoma, fibrosarcoma, hemangiosarcoma, leiomyosarcoma, leukosarcoma, liposarcoma, lymphatic vessel Sarcoma, myoma, myxosarcoma, ovarian cancer, rhabdomyosarcoma, sarcoma (Kaposi and mast cells), neoplasm (eg, bone, digestive system, colorectal, liver, pancreas, pituitary gland, testis, orbit, Head and neck, central nervous system, hearing, pelvis, respiratory and urinary), neurofibromatosis and cervical dysplasia.

本発明は循環している上皮細胞の検出だけに限定されるものではない。内皮細胞は、心筋梗塞を持つ患者の血液中で観察した。内皮細胞、心筋細胞およびウイルス感染細胞は、上皮細胞のように、利用可能なモノクローナル抗体によって認識される細胞タイプ特異的な決定基を有する。従って、本発明の方法およびキットは、かかる循環している内皮細胞を検出するために適用できる。加えて、本発明は、感染症を持ち、さらに本発明の組成物、方法およびキットを用いて評価できる患者の末梢血中に負荷された細菌細胞の検出を可能とする。   The present invention is not limited to the detection of circulating epithelial cells. Endothelial cells were observed in the blood of patients with myocardial infarction. Endothelial cells, cardiomyocytes and virus infected cells, like epithelial cells, have cell type specific determinants that are recognized by available monoclonal antibodies. Thus, the methods and kits of the present invention can be applied to detect such circulating endothelial cells. In addition, the present invention allows the detection of bacterial cells loaded in the peripheral blood of a patient who has an infectious disease and can be evaluated using the compositions, methods and kits of the present invention.

論文、米国特許および米国特許出願に対するいくつかの引用を前記に供する。記載された各引用の主題を本明細書の記載を通じて十分に出典明示して本明細書の一部とみなす。   Some citations for articles, US patents and US patent applications are provided above. The subject matter of each cited reference is fully incorporated by reference throughout this specification and is deemed to be part of this specification.

本発明のある種の好ましい具体例胎齢を前記に記載および特に例示するが、それは本発明がかかる具体例に限定されるものであることを意図するものではない。種々の修飾が本発明の精神に逸脱することなくそれに成すことができ、その十分な範囲を次の特許請求の範囲に示した。   Certain preferred embodiments of the present invention are described and specifically exemplified above, but it is not intended that the invention be limited to such embodiments. Various modifications can be made without departing from the spirit of the invention, the full scope of which is set forth in the following claims.

図1は、本発明の試料調製方法の工程を示す模式的ダイアグラムである。 図2A−Dは、本発明のセルスポッターチャンバーの種々の態様を示す。パネル2A:2つのヨークド(yoked)鋭角型磁石を含むチャンバーおよびホルダー;パネル2B 2つの鋭角型磁石により創製された場にランダムに配置された磁気ナノ粒子で標識された細胞の(破線により示された)軌道のコンピューターシミュレーション。パネル2C パネル2Bで示された磁石間に配置されたセルスポッターチャンバー内の細胞の軌道のクローズアップ。パネル2D チャンバー表面の上面図。その水平線は、強磁場の線に沿ってラインアップされた磁気ナノ粒子である。 図3A−Dは、乳癌患者から処理された血液試料から取られたセルスポッターチャンバー内のフレームの蛍光画像を示す一連の顕微鏡写真である。パネル3A 内部対照、白血球および腫瘍細胞からの核を示すDapi画像。パネル3B 5つの対照細胞の蛍光性を示すDiOC16画像。パネル3C 5つの対照細胞および1つは明るく、1つは薄暗く染色された2つの候補腫瘍細胞の蛍光性を示すCK−PE画像。パネル3D 白血球の蛍光性を示し、対照細胞の染色を示さないCD45−APC、薄暗いPE染色を示すボックスはAPC染色を示し、SPC染色を示さない他のボックスは、それがCTCを含むことを確認する。 図4は、腫瘍細胞候補物の分類を示す。乳癌患者からの腫瘍細胞候補物のサムネイルの6つの列。列201、202および204がチェックされ、腫瘍細胞の存在を示す。合成画像下のサムネイルをDAPI(紫色)およびCK−PE染色の合成画像である。L−APC=CD45APCで染色されている白血球、CNTL=DiOC16で染色されている対照細胞、EC−PE=サイトケラチン−PEで染色されている上皮細胞、NADYE=DAPIで染色される核酸。 図5は、既知数の腫瘍細胞が末梢血に加えられ、顕微鏡法(パネルA)またはフローサイトメトリー(パネルB)のいずれかにより磁気的選択および分析後に回収された実験結果を示す。 図6は、この患者が試験に入った後、第48、175および300日に採取された、乳癌の遠隔転移性をもつ患者からの10mlの血液から免疫磁気的な細胞選択後に得られた細胞懸濁液のフローサイトメトリー分析を示す。磁気的選択後、細胞を磁気的選択後に、細胞を上皮細胞に特異的なフィコエリトリン(PE)コンジュゲートしたモノクローナル抗体、白血球に特異的なCD45 PerCPコンジュゲートしたモノクローナル抗体および核酸色素で染色した。核酸色素に対する閾値を通過する事象は、リストモードを必要とし、85%の試料を分析した。腫瘍細胞をハイライトさせ、黒色で示し、それらの数を頂部右角に示し;残存する白血球および残骸よりなる黒色事象を灰色で示す。 図7A−Hは、活性な乳癌を持つ8名の患者についての異なる時点での10mlの血液中の上皮細胞数およびその疾患の臨床的活動を示す。この臨床的活動は、表IVに記載のごときカテゴリー1ないし4に分類した。頂部のバーは、化学療法の時期の長さを表す。パネルA、各々、アドリアマイシン(ADR)90および110mg/m、パネルB、ADR30mg/m/週、ビノレルビン(Vin)20mg/m/週、ADR160mg/m/週、ADR20mg/m/週、パネルC、ビンクリスチン(Vinc)0.7mg/m/週、メトトレキサート(MTX)30mg/m/週、パネルD、ビンクリスチン(Vinc)7mg/m/週、ADR20mg/m/週、Vinb6mg/m/週、5−フルオロウラシル(5FU)700mg/m/週。パネルE、Vin20mg/m/週;5FU 800mg/m/週+ロイコボリン50mg/m/週。パネルF、イフォスファミド18mg/m/週;5FU850mg/m/週+ロイコボリン35mg/m/週、5FU605mg/m/週;Vin20mg/m/週+ロイコボリン30mg/m/週。パネルG、Vin20mg/m/週、パネルH、Vin20mg/m/週 図8A−8Hは、乳癌の病歴を持つ患者の末梢血から免疫磁気的に選択された細胞の分析後に得た結果を示す一連の顕微鏡写真である。パネルA、手術後3年の患者からの細胞(T2N1M0)、サイトケラチンにつき陽性に染色されている。パネルB、Wright Giemsaで染色された完全に軽減の手術後8年の患者からの細胞(T2N1M1)。パネルCおよびD Wright Giemsaで染色された手術後2年の患者からの細胞(T2N0M0)。その画像は100倍の対物レンズを持つPixeraデジタルカメラで撮った。 図9A−9Cは、前立腺癌を持つ3名の患者における疾患の重篤度および循環している細胞数間の相関を示す一連のグラフである。 図10A−10Hは、CAPを持つ8名の患者の血液中の0、1、2、7、12、17および25週の間隔で測定されたCTCおよびPSAレベルを示す。その時間経過中に疾患の臨床的活動における有意な変化はこれらの患者試料(A−D)において示されなかった。しかしながら、疾患活性はこれらの患者試料(E−H)において増加した。図10E中の患者試料についてのCTCカウントおよびPSAレベル間の相関係数は、0.42であり;図10F中の患者試料では、それは0.87であり;図10G中の患者試料では、それは0.65であり;図10H中の患者試料では、それは0.98であった。パネルの頂部のバーは、受けたホルモン治療を示す。図10B中の患者試料において、CTCカウントは、対照群の99%信頼レベルを決して超えて上昇しなかった。 図11Aおよび11Bは、CAPを持つ2名の患者の血液中の0、1、2、7、12、17および25週の間隔で測定されたCTCおよびPSAレベルを示す。頂部のバーは受けたホルモン治療を示す。両患者は、化学療法を受け;投与された薬物および投与の時間をその図の底部に矢印で示す。 図12は、大腸癌を持つ患者における循環している上皮細胞数が受容の外科的除去後にかなり減少することを示すグラフである。 図13は、大腸の転移性疾患を持つ患者における循環している上皮細胞数が転移性疾患の重篤度および程度で増加することを示すグラフである。 図14は、早期腫瘍から転移の増殖への癌の進行を示す模式的ダイアグラムである。 図15A−15Dは、フローサイトメトリー分析により測定された血中のCTCおよびHER−2−CTCのレベルを示す。EpCAM磁性流体のマルチパラメータフローサイトメトリー分析は、乳癌を持つ患者から得た5mlの血液からの細胞を選択した。白血球およびビーズを小さな黒色ドットとして表し、それらの位置はそのパネル中に示す。その灰色ドットは残骸を表す。CTCは、大きな黒色ドットであり、CTCを同定するために用いた基準は、各パネル中の領域により示す。サイトケラチン−対−HER−2の相関性表示において、細胞が過剰のHER−2を発現する境界は破線により示す。 図16A−Dは、3名の乳癌患者の細胞系上のHER−2およびCTCの定量を示すヒストグラムおよび散乱プロットである。パネル16A、5mlの血液から免疫磁気的に選択され、CD45およびサイトケラチン発現にゲートされた白血球、PC3細胞およびSKBR−3細胞のHER−2発現。HER−2の発現レベルは、PC3およびSKBR−3細胞上のHER−2発現の定量的評価に基づき、4つのカテゴリー(−、+、++、+++)に細分した。(−)発現なし、5,000個未満の受容体(WBC)、(+)5,000および50,000個の受容体の間の発現(PC−3)、(++)50,000および500,000個の受容体の間の発現および(+++)500,000個を越える受容体の発現(SKBR−3)。パネル16B、16Cおよび16Dは、乳癌を持つ表XIIからの3名の患者(2、20、15からのCTC上のサイトケラチンおよびHER−2の発現を示す。CTCだけをそのパネルに示す。 図17A−17Cは、疾患進行中のHER−2過剰発現の取得を示す一連のグラフである。ベースラインにてHER−2CTC、および追跡中に進行した疾患を持つ3名の乳癌患者の処置経過中のCTC。そのバーは、各時点でのCTCの総数を示す。各バー内で、異なるレベルのHER−2を発現するCTC数は以下により示す。

Figure 2005516217
治療の日数およびタイプを図の頂部にて示す。パネル17Cに示す酢酸メゲストールを毎日服用する。HER−2は、処置前にはCTCを発現しない。HER−2陽性への反転により表されるそのCTCの表現型における変化は、CTC数の増加として3名全ての患者に明確に検出された。患者番号は表XIIに言及する。
図18A−18Cは、疾患進行中のHER−2CTCを持つ患者におけるCTC上のHER−2密度における変動を示す一連のグラフである。ベースラインにてHER−2CTC、および追跡中に進行した疾患を持つ3名の乳癌患者の処置経過中のCTC。他の表示は図17のごとくである。パネル18Bに示したエクセメスタンを毎日服用した。ある割合のCTCが、処置経過中HER−2を発現した。CTCは、患者23および25の処置経過中に実質的に増加した。 図19A−19Cは、安定な疾患を持つ患者におけるCTC上のHER−2密度における変動を示す一連のグラフである。ベースラインにてHER−2CTC、および処置中に臨床的に安定したままである疾患を持つ3名の乳癌患者の処置経過中のCTC。他の表示は図17のごとくである。アナソトロザロール(パネル19B)を毎日服用した。頂部パネル中の患者におけるCTCは処置経過中増加したが、2つの底部パネル中の患者におけるCTCは減少した。 図20は、本発明の方法を実施するためのプロトコールの例示的概要である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing the steps of the sample preparation method of the present invention. 2A-D show various embodiments of the cell spotter R chamber of the present invention. Panel 2A: chamber and holder containing two yoked acute magnets; Panel 2B of cells labeled with magnetic nanoparticles randomly placed in a field created by two acute magnets (indicated by dashed lines) E) Computer simulation of orbit. Panel 2C Close-up of the cell trajectory in the Cell Spotter R chamber located between the magnets shown in Panel 2B. Panel 2D Top view of chamber surface. The horizontal lines are magnetic nanoparticles lined up along the lines of the strong magnetic field. 3A-D are a series of photomicrographs showing fluorescent images of a frame in a Cell Spotter R chamber taken from a blood sample processed from a breast cancer patient. Panel 3A Dapi image showing nuclei from internal controls, leukocytes and tumor cells. Panel 3B DiOC16 image showing fluorescence of 5 control cells. Panel 3C CK-PE image showing fluorescence of two control cells and two candidate tumor cells, one bright and one dimly stained. Panel 3D CD45-APC showing leukocyte fluorescence and no control cell staining, box showing dim PE staining shows APC staining, other box showing no SPC staining confirms it contains CTC To do. FIG. 4 shows the classification of tumor cell candidates. Six columns of thumbnails of tumor cell candidates from breast cancer patients. Columns 201, 202 and 204 are checked to indicate the presence of tumor cells. The thumbnail below the composite image is a composite image of DAPI (purple) and CK-PE staining. L-APC = leukocytes stained with CD45APC, CNTL = control cells stained with DiOC16, EC-PE = epithelial cells stained with cytokeratin-PE, nucleic acid stained with NADYE = DAPI. FIG. 5 shows the results of experiments in which a known number of tumor cells were added to peripheral blood and collected after magnetic selection and analysis by either microscopy (panel A) or flow cytometry (panel B). FIG. 6 shows cells obtained after immunomagnetic cell selection from 10 ml of blood collected from patients with distant metastases of breast cancer taken on days 48, 175 and 300 after the patient entered the study. Flow cytometric analysis of the suspension is shown. After magnetic selection, cells were stained with phycoerythrin (PE) conjugated monoclonal antibody specific for epithelial cells, CD45 PerCP conjugated monoclonal antibody specific for leukocytes and nucleic acid dyes after magnetic selection. Events passing the threshold for nucleic acid dyes required list mode and 85% of the samples were analyzed. Tumor cells are highlighted and shown in black, their numbers are shown in the top right corner; black events consisting of residual white blood cells and debris are shown in gray. FIGS. 7A-H show the number of epithelial cells in 10 ml of blood and the clinical activity of the disease at different time points for 8 patients with active breast cancer. This clinical activity was classified into categories 1 to 4 as described in Table IV. The top bar represents the length of the chemotherapy period. Panel A, respectively, adriamycin (ADR) 90 and 110 mg / m 2, panel B, ADR30mg / m 2 / week, Vinorelbine (Vin) 20mg / m 2 / week, ADR160mg / m 2 / week, ADR20mg / m 2 / week , panel C, vincristine (Vinc) 0.7mg / m 2 / week, methotrexate (MTX) 30mg / m 2 / week, panel D, vincristine (Vinc) 7mg / m 2 / week, ADR20mg / m 2 / week, Vinb6mg / M 2 / week, 5-fluorouracil (5FU) 700 mg / m 2 / week. Panel E, Vin 20 mg / m 2 / week; 5FU 800 mg / m 2 / week + leucovorin 50 mg / m 2 / week. Panel F, ifosfamide 18 mg / m 2 / week; 5FU850mg / m 2 / week + leucovorin 35 mg / m 2 / week, 5FU605mg / m 2 / week; Vin20mg / m 2 / week + leucovorin 30 mg / m 2 / week. Panel G, Vin 20 mg / m 2 / week, Panel H, Vin 20 mg / m 2 / week 8A-8H are a series of photomicrographs showing the results obtained after analysis of immunomagnetically selected cells from the peripheral blood of patients with a history of breast cancer. Panel A, cells from patients 3 years after surgery (T2N1M0), positively stained for cytokeratin. Panel B, cells from a patient 8 years after fully reduced surgery stained with Wright Giemsa (T2N1M1). Panels C and D Cells from a 2-year-old patient stained with Wright Giemsa (T2N0M0). The image was taken with a Pixela digital camera with a 100x objective lens. 9A-9C are a series of graphs showing the correlation between disease severity and the number of circulating cells in three patients with prostate cancer. FIGS. 10A-10H show the CTC and PSA levels measured at 0, 1, 2, 7, 12, 17, and 25 week intervals in the blood of 8 patients with CAP. No significant changes in the clinical activity of the disease during that time course were shown in these patient samples (AD). However, disease activity was increased in these patient samples (E-H). The correlation coefficient between CTC count and PSA level for the patient sample in FIG. 10E is 0.42; for the patient sample in FIG. 10F it is 0.87; for the patient sample in FIG. 0.65; for the patient sample in FIG. 10H it was 0.98. The bar at the top of the panel shows the hormone treatment received. In the patient sample in FIG. 10B, the CTC count never rose above the 99% confidence level of the control group. FIGS. 11A and 11B show CTC and PSA levels measured at intervals of 0, 1, 2, 7, 12, 17, and 25 weeks in the blood of two patients with CAP. The top bar shows the hormone treatment received. Both patients receive chemotherapy; the drug administered and the time of administration are indicated by arrows at the bottom of the figure. FIG. 12 is a graph showing that the number of circulating epithelial cells in patients with colorectal cancer is significantly reduced after surgical removal of the recipient. FIG. 13 is a graph showing that the number of circulating epithelial cells in patients with metastatic disease of the colon increases with the severity and extent of metastatic disease. FIG. 14 is a schematic diagram showing the progression of cancer from early tumor to metastatic growth. Figures 15A-15D show the levels of CTC and HER-2 + -CTC in blood as measured by flow cytometry analysis. Multiparameter flow cytometric analysis of EpCAM ferrofluid selected cells from 5 ml of blood obtained from patients with breast cancer. Leukocytes and beads are represented as small black dots and their location is indicated in the panel. The gray dot represents a wreckage. The CTC is a large black dot, and the reference used to identify the CTC is indicated by the area in each panel. In the cytokeratin-versus-HER-2 correlation display, the boundaries where cells express excess HER-2 are indicated by dashed lines. FIGS. 16A-D are histograms and scatter plots showing the quantification of HER-2 and CTC on the cell lines of three breast cancer patients. Panel 16A HER-2 expression of leukocytes, PC3 cells and SKBR-3 cells immunomagnetically selected from 5 ml of blood and gated for CD45 and cytokeratin expression. HER-2 expression levels were subdivided into four categories (-, +, ++, +++) based on quantitative assessment of HER-2 expression on PC3 and SKBR-3 cells. (−) No expression, less than 5,000 receptors (WBC), (+) expression between 5,000 and 50,000 receptors (PC-3), (++) 50,000 and 500 Expression between 1,000 receptors and (++++) expression of more than 500,000 receptors (SKBR-3). Panels 16B, 16C and 16D show the expression of cytokeratin and HER-2 on 3 patients from Table XII with breast cancer (2, 20, 15 from CTC. Only CTC is shown in the panel. 17A-17C are a series of graphs showing acquisition of HER-2 overexpression during disease progression. HER-2 - CTC at baseline and CTC during the course of treatment of 3 breast cancer patients with disease that progressed during follow-up. The bar indicates the total number of CTCs at each time point. Within each bar, the number of CTCs expressing different levels of HER-2 is indicated by:
Figure 2005516217
Treatment days and types are indicated at the top of the figure. Megestol acetate shown in panel 17C is taken daily. HER-2 does not express CTC prior to treatment. Changes in the CTC phenotype, represented by reversal to HER-2 positivity, were clearly detected in all three patients as an increase in the number of CTCs. Patient numbers refer to Table XII.
18A-18C are a series of graphs showing the variation in HER-2 density on CTC in patients with HER-2 + CTC during disease progression. HER-2 + CTC at baseline and CTC during the course of 3 breast cancer patients with disease that progressed during follow-up. The other display is as shown in FIG. Exemestane shown in panel 18B was taken daily. A percentage of CTCs expressed HER-2 during the course of treatment. The CTC increased substantially during the course of treatment for patients 23 and 25. 19A-19C are a series of graphs showing the variation in HER-2 density on CTC in patients with stable disease. HER-2 + CTC at baseline and CTC during the course of 3 breast cancer patients with disease that remained clinically stable during treatment. The other display is as shown in FIG. Anasotrozalol (panel 19B) was taken daily. CTCs in patients in the top panel increased during the course of treatment, but CTCs in patients in the two bottom panels decreased. FIG. 20 is an exemplary overview of a protocol for performing the method of the present invention.

Claims (82)

悪性の存在につき患者を評価する方法であって、
a)患者から生物学的標本を得、ここに、該標本は、造血性および非造血性の悪性細胞を含むことが疑われる混合細胞集団を含み;
b)他の試料成分の実質的な排除のために、該生物学的標本が悪性細胞と特異的に反応する検出可能に標識されたリガンドと混合された試料を調製し;
c)該試料を、該悪性細胞をさらに特異的に標識する少なくとも1つの試薬と接触させ;
d)該試料を分析して、標識された細胞の存在および数を決定し、悪性の存在を示す該細胞を検出し、細胞数が多くなる程、悪性の重篤度も高くなることを含み;ここに、少なくとも1つの腫瘍体質関連分子中の変化についての該標識された細胞の評価をさらに含むことを特徴とする該方法。
A method for assessing patients for the presence of malignancy, comprising:
a) obtaining a biological specimen from a patient, wherein the specimen comprises a mixed cell population suspected of containing hematopoietic and non-hematopoietic malignant cells;
b) preparing a sample mixed with a detectably labeled ligand in which the biological specimen specifically reacts with malignant cells for substantial exclusion of other sample components;
c) contacting the sample with at least one reagent that more specifically labels the malignant cells;
d) analyzing the sample to determine the presence and number of labeled cells, detecting the cells indicating the presence of malignancy, the higher the number of cells, the greater the severity of malignancy. Wherein said method further comprises evaluation of said labeled cells for changes in at least one tumor constitution associated molecule.
工程c)および工程d)の間の中間工程として、試料を、造血細胞を検出可能に標識する剤と接触させることを含むことを特徴とする請求項1記載の方法。 The method of claim 1, wherein the intermediate step between steps c) and d) comprises contacting the sample with an agent that detectably labels the hematopoietic cells. 該腫瘍体質関連分子の該評価が、該分子を、該分子に結合親和性を有する検出可能に標識された剤と接触させることを含むことを特徴とする請求項2記載の方法。 3. The method of claim 2, wherein the assessment of the tumor constitution associated molecule comprises contacting the molecule with a detectably labeled agent that has binding affinity for the molecule. 該リガンドが、第1の検出可能な標識にカップリングし、該試薬が第2の検出可能な標識にカップリングし、該造血細胞が第3の検出可能な標識で標識され、該腫瘍体質関連分子が第4の検出可能な標識にカップリングした剤と接触させ、該第1、第2、第3および第4の検出可能な標識が異なることを特徴とする請求項3記載の方法。 The ligand is coupled to a first detectable label, the reagent is coupled to a second detectable label, the hematopoietic cells are labeled with a third detectable label, and the tumor constitution related 4. The method of claim 3, wherein the molecule is contacted with an agent coupled to a fourth detectable label, wherein the first, second, third and fourth detectable labels are different. 該標識された悪性細胞が、マルチパラメータフローサイトメトリー、免疫蛍光顕微鏡法、レーザー走査サイトメトリー、明視野画像解析、キャピラリー容量分析、分光画像分析マニュアル細胞解析、セルスポッター分析、セルトラックス分析および自動細胞分析よりなる群から選択されるプロセスにより分析されることを特徴とする請求項1記載の方法。 The labeled malignant cells are converted into multi-parameter flow cytometry, immunofluorescence microscopy, laser scanning cytometry, bright field image analysis, capillary volume analysis, spectroscopic image analysis manual cell analysis, cell spotter R analysis, cell track analysis and automatic The method of claim 1, wherein the analysis is by a process selected from the group consisting of cell analysis. 該生物学的標本中の残存する腫瘍細胞を検出および計数するように適用され、該細胞が少なくとも1つの腫瘍根絶手順の後に少なくとも1つの予め決められた腫瘍体質関連分子中の変化につきさらに分析されることを特徴とする請求項1記載の方法。 Applied to detect and count remaining tumor cells in the biological specimen, wherein the cells are further analyzed for changes in at least one predetermined tumor constitution related molecule after at least one tumor eradication procedure. The method of claim 1 wherein: 該生物学的標本が周期的に該患者から得られ、循環している腫瘍細胞の存在および数につき評価され、該細胞が、該悪性の進行の指標として少なくとも1つの予め決められた腫瘍体質関連分子中の変化につきさらに分析されることを特徴とする請求項1記載の方法。 The biological specimen is periodically obtained from the patient and evaluated for the presence and number of circulating tumor cells, the cells being associated with at least one predetermined tumor constitution as an indicator of the malignant progression 2. The method of claim 1 further analyzed for changes in the molecule. 該標識された悪性細胞が、化学療法剤と接触して、その感受性を評価することを特徴とする請求項1記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the labeled malignant cells are contacted with a chemotherapeutic agent to assess their sensitivity. 該試料が、該リガンドにカップリングした磁気粒子と混合した該生物学的標本を含む免疫磁気試料であり、ここに、該免疫磁気試料の調製および該免疫磁気試料と少なくとも1つの試薬とを接触させることの間の中間工程として、該免疫磁気試料を磁場に付して、免疫磁気試料として富化された悪性細胞懸濁液を生成することを含むことを特徴とする請求項1記載の方法。 The sample is an immunomagnetic sample comprising the biological specimen mixed with magnetic particles coupled to the ligand, wherein the immunomagnetic sample is prepared and the immunomagnetic sample is contacted with at least one reagent 2. The method of claim 1 comprising subjecting said immunomagnetic sample to a magnetic field as an intermediate step between allowing to produce a malignant cell suspension enriched as an immunomagnetic sample. . 該富化された悪性細胞を含む該免疫磁気試料の量を元来の生物学的標本の量に対し低下させることを特徴とする請求項9記載の方法。 10. The method of claim 9, wherein the amount of the immunomagnetic sample containing the enriched malignant cells is reduced relative to the amount of the original biological specimen. 該磁気粒子がコロイドであることを特徴とする請求項9記載の方法。 The method of claim 9, wherein the magnetic particles are colloids. 該リガンドが、少なくとも1つの癌細胞決定基に特異的なモノクローナル抗体であって、少なくとも1つの該試薬が、第2の癌細胞決定基に特異的な少なくとも1つのさらなるモノクローナル抗体および非腫瘍細胞上に存在する抗原に特異的な第3のモノクローナル抗体を含み、さらに、該標識された癌細胞含有画分に細胞特異的な色素を添加して、分析から残存する核がない細胞および細胞残骸の排除を可能とすることを含むことを特徴とする請求項9記載の方法。 The ligand is a monoclonal antibody specific for at least one cancer cell determinant, and the at least one reagent is on at least one additional monoclonal antibody specific for a second cancer cell determinant and on a non-tumor cell A cell-specific dye is added to the labeled cancer cell-containing fraction, so that cells and cell debris free from nuclei from the analysis are added. 10. The method of claim 9, comprising allowing exclusion. 該リガンドが、該悪性細胞上の上皮細胞付着分子に特異的に結合することを特徴とする請求項12記載の方法。 13. The method of claim 12, wherein the ligand specifically binds to an epithelial cell adhesion molecule on the malignant cell. 1以上の該試薬が、細胞内サイトケラチンに特異的に結合することを特徴とする請求項12記載の方法。 13. The method of claim 12, wherein the one or more reagents specifically bind to intracellular cytokeratin. 該腫瘍体質関連分子が、表XIIに記載された少なくとも1つの分子であることを特徴とする請求項1記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the tumor constitution-related molecule is at least one molecule described in Table XII. 該変化した腫瘍体質関連分子が、個々の細胞上に存在する蛋白質であって、セルスポッターサイトメトリー、セルトラックスサイトメトリー、免疫蛍光、質量分析およびフローサイトメトリーよりなる群から選択される方法により評価されることを特徴とする請求項1記載の方法。 The altered tumor constitutional molecule is a protein present on an individual cell, and is selected from the group consisting of cell spotter R cytometry, cell track sccytometry, immunofluorescence, mass spectrometry and flow cytometry. The method of claim 1, wherein the method is evaluated. さらに、該生物学的標本から単離された悪性細胞の単離および培養を含むことを特徴とする請求項1記載の方法。 The method of claim 1, further comprising isolation and culture of malignant cells isolated from the biological specimen. 該培養された悪性細胞が、単一細胞コロニーから増殖して、該悪性細胞のクローン集団を生成することを特徴とする請求項17記載の方法。 18. The method of claim 17, wherein the cultured malignant cells are grown from a single cell colony to produce a clonal population of the malignant cells. 該クローン集団の細胞が腫瘍体質関連分子における変化につき評価されることを特徴とする請求項18記載の方法。 19. The method of claim 18, wherein the cells of the clonal population are evaluated for changes in tumor constitution related molecules. 請求項17記載の方法から得られた培養細胞から単離された悪性細胞。 A malignant cell isolated from a cultured cell obtained from the method of claim 17. 請求項20記載の細胞またはその成分を含む腫瘍ワクチン。 A tumor vaccine comprising the cell according to claim 20 or a component thereof. 請求項19記載の細胞から単離された変化した体質関連分子。 20. An altered constitution related molecule isolated from the cell of claim 19. 請求項19記載の変化した体質分子またはその断片を含む腫瘍ワクチン。 A tumor vaccine comprising the altered constitutional molecule according to claim 19 or a fragment thereof. さらに、細胞と治療剤とを接触させて、その感受性を評価することを含むことを特徴とする請求項17記載の方法。 18. The method of claim 17, further comprising contacting the cell with a therapeutic agent and assessing its sensitivity. 該培養細胞中に存在する蛋白質腫瘍体質関連分子が、蛋白質ゲル電気泳動、カラムクロマトグラフィー、HPLC、FPLC、免疫組織化学、組織化学およびウエスタンブロットよりなる群から選択される方法により分析されることを特徴とする請求項22記載の方法。 The protein tumor constitution-related molecule present in the cultured cells is analyzed by a method selected from the group consisting of protein gel electrophoresis, column chromatography, HPLC, FPLC, immunohistochemistry, histochemistry and Western blot. 23. A method according to claim 22, characterized in that 該変化した腫瘍体質関連分子が核酸であって、核酸のライブラリー増幅、ポリメラーゼ鎖反応、アガロースゲル電気泳動、サザンブロットおよびノーザンブロットよりなる群から選択される少なくとも1つの方法によって評価されることを特徴とする請求項1記載の方法。 The altered tumor constitutional molecule is a nucleic acid and is evaluated by at least one method selected from the group consisting of nucleic acid library amplification, polymerase chain reaction, agarose gel electrophoresis, Southern blot and Northern blot. 2. A method according to claim 1 characterized in that: 該ライブラリー増幅が、個々の細胞から単離された遺伝物質で行われ、該増幅された遺伝物質が遺伝子特異的プロービングに付されることを特徴とする請求項26記載の方法。 27. The method of claim 26, wherein the library amplification is performed on genetic material isolated from individual cells, and the amplified genetic material is subjected to gene specific probing. 該ライブラリー増幅が、複数の悪性細胞から単離された遺伝物質で行われ、該増幅された遺伝物質が遺伝子特異的プロービングに付されることを特徴とする請求項26記載の方法。 27. The method of claim 26, wherein the library amplification is performed with genetic material isolated from a plurality of malignant cells, and the amplified genetic material is subjected to gene specific probing. 非造血性の悪性の存在につき患者を評価する方法であって、
a)患者から生物学的標本を得、ここに、該標本は、造血性および非造血性の悪性細胞を含む混合細胞集団を含み;
b)他の成分の実質的な排除のために、該生物学的標本が悪性細胞と特異的に反応するリガンドにカップリングした悪性粒子と混合された免疫磁気試料を調製し;
c)悪性細胞を含む該磁気粒子を非悪性粒子造血細胞から分離し、次いで
d)該磁気粒子含有細胞を分析して、該試料中の悪性細胞の存在および数を決定し、悪性の存在を示す該細胞を検出し、細胞数が多くなる程、悪性の重篤度も高くなることを含み;ここに、腫瘍体質関連細胞分子中の変化についての該磁気粒子含有悪性細胞の評価をさらに含むことを特徴とする該方法。
A method of assessing a patient for the presence of non-hematopoietic malignancy, comprising:
a) obtaining a biological specimen from a patient, wherein the specimen comprises a mixed cell population comprising hematopoietic and non-hematopoietic malignant cells;
b) preparing an immunomagnetic sample in which the biological specimen is mixed with malignant particles coupled to a ligand that specifically reacts with malignant cells for substantial exclusion of other components;
c) separating the magnetic particles containing malignant cells from non-malignant particle hematopoietic cells; and d) analyzing the magnetic particle-containing cells to determine the presence and number of malignant cells in the sample, Including detecting the cells to be shown and increasing the number of cells, the greater the severity of the malignancy; further comprising evaluating the magnetic particle-containing malignant cells for changes in tumor constitution-related cell molecules The method characterized by the above-mentioned.
該変化した腫瘍体質関連分子が核酸であって、核酸のライブラリー増幅、ポリメラーゼ鎖反応、アガロースゲル電気泳動、サザンブロットおよびノーザンブロットよりなる群から選択される少なくとも1つの方法によって評価されることを特徴とする請求項29記載の方法。 The altered tumor constitutional molecule is a nucleic acid and is evaluated by at least one method selected from the group consisting of nucleic acid library amplification, polymerase chain reaction, agarose gel electrophoresis, Southern blot and Northern blot. 30. The method of claim 29, wherein: 該ライブラリー増幅が、個々の細胞から単離された遺伝物質で行われ、該増幅された遺伝物質が遺伝子特異的プロービングに付されることを特徴とする請求項30記載の方法。 31. The method of claim 30, wherein the library amplification is performed on genetic material isolated from individual cells, and the amplified genetic material is subjected to gene specific probing. 該ライブラリー増幅が、全ての悪性細胞から単離された遺伝物質で行われ、該増幅された遺伝物質が遺伝子特異的プロービングに付されることを特徴とする請求項30記載の方法。 31. The method of claim 30, wherein the library amplification is performed with genetic material isolated from all malignant cells, and the amplified genetic material is subjected to gene specific probing. 該変化した腫瘍体質関連分子が炭水化物であって、質量分析、レクチンクロマトグラフィーおよびボロネート(boronate)アフィニティーよりなる群から選択される方法によって評価されることを特徴とする請求項1記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the altered tumor constitution-related molecule is a carbohydrate and is assessed by a method selected from the group consisting of mass spectrometry, lectin chromatography and boronate affinity. 該患者が、前立腺癌、乳癌、大腸癌、膀胱癌、卵巣癌、腎臓癌、頭頸部癌、膵臓癌および肺癌よりなる群から選択される上皮細胞癌で診断されたことを特徴とする請求項1記載の方法。 The patient has been diagnosed with epithelial cell cancer selected from the group consisting of prostate cancer, breast cancer, colon cancer, bladder cancer, ovarian cancer, kidney cancer, head and neck cancer, pancreatic cancer and lung cancer. The method according to 1. 標識された細胞が、エストロゲン受容体、プロゲステロン受容体、Her2/neuおよびMUC1よりなる群から選択される腫瘍体質関連分子中の変化につき評価されることを特徴とする請求項34記載の方法。 35. The method of claim 34, wherein the labeled cells are evaluated for changes in a tumor constitution associated molecule selected from the group consisting of estrogen receptor, progesterone receptor, Her2 / neu and MUC1. 該標識された細胞が、アンドロゲン受容体、PSA、uPAおよびPSMAよりなる群から選択される腫瘍体質関連分子中の変化につき評価されることを特徴とする請求項34記載の方法。 35. The method of claim 34, wherein the labeled cells are evaluated for changes in a tumor constitution associated molecule selected from the group consisting of androgen receptor, PSA, uPA and PSMA. 該標識された細胞が、チミジル酸合成酵素、EGFR、MUC2およびCEA−15よりなる群から選択される腫瘍体質関連分子中の変化につき評価されることを特徴とする請求項34記載の方法。 35. The method of claim 34, wherein the labeled cells are evaluated for changes in a tumor constitutional molecule selected from the group consisting of thymidylate synthase, EGFR, MUC2 and CEA-15. 該標識された細胞が、CEA−19−3、HCG、MDRおよびMUC1よりなる群から選択される腫瘍体質関連分子中の変化につき評価されることを特徴とする請求項34記載の方法。 35. The method of claim 34, wherein the labeled cells are evaluated for changes in a tumor constitutional molecule selected from the group consisting of CEA-19-3, HCG, MDR and MUC1. 該標識された細胞が、チミジル酸合成酵素、MDR、Her−2/neuおよびEGFRよりなる群から選択される腫瘍体質関連分子中の変化につき評価されることを特徴とする請求項34記載の方法。 35. The method of claim 34, wherein the labeled cells are evaluated for changes in a tumor constitutional molecule selected from the group consisting of thymidylate synthase, MDR, Her-2 / neu and EGFR. . 該患者が、病期Iの癌を有することを特徴とする請求項1記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the patient has stage I cancer. 該患者が病期IIの癌を有することを特徴とする請求項1記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the patient has stage II cancer. 該患者が病期IIIの癌を有することを特徴とする請求項1記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the patient has stage III cancer. 該患者が病期IVの癌を有することを特徴とする請求項1記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the patient has stage IV cancer. 該患者が、前立腺癌、乳癌、大腸癌、膀胱癌、卵巣癌、腎臓癌、頭頸部癌、膵臓癌および肺癌よりなる群から選択される上皮由来細胞癌で診断されることを特徴とする請求項29記載の方法。 The patient is diagnosed with an epithelial cell carcinoma selected from the group consisting of prostate cancer, breast cancer, colon cancer, bladder cancer, ovarian cancer, kidney cancer, head and neck cancer, pancreatic cancer and lung cancer. Item 30. The method according to Item 29. 標識された細胞が、エストロゲン受容体、プロゲステロン受容体、Her2/neuおよびMUC1よりなる群から選択される腫瘍体質関連分子中の変化につき評価されることを特徴とする請求項45記載の方法。 46. The method of claim 45, wherein the labeled cells are evaluated for changes in a tumor constitutional molecule selected from the group consisting of estrogen receptor, progesterone receptor, Her2 / neu and MUC1. 該標識された細胞が、アンドロゲン受容体、PSA、uPAおよびPSMAよりなる群から選択される腫瘍体質関連分子中の変化につき評価されることを特徴とする請求項45記載の方法。 46. The method of claim 45, wherein the labeled cells are evaluated for changes in a tumor constitution associated molecule selected from the group consisting of androgen receptor, PSA, uPA and PSMA. 該標識された細胞が、チミジル酸合成酵素、EGFR、MUC2およびCEA−15よりなる群から選択される腫瘍体質関連分子中の変化につき評価されることを特徴とする請求項45記載の方法。 46. The method of claim 45, wherein the labeled cells are evaluated for changes in a tumor constitutional molecule selected from the group consisting of thymidylate synthase, EGFR, MUC2 and CEA-15. 該標識された細胞が、CEA−19−3、HCG、MDRおよびMUC1よりなる群から選択される腫瘍体質関連分子中の変化につき評価されることを特徴とする請求項45記載の方法。 46. The method of claim 45, wherein the labeled cells are evaluated for changes in a tumor constitutional molecule selected from the group consisting of CEA-19-3, HCG, MDR and MUC1. 該標識された細胞が、チミジル酸合成酵素、MDR、Her−2/neuおよびEGFRよりなる群から選択される腫瘍体質関連分子中の変化につき評価されることを特徴とする請求項45記載の方法。 46. The method of claim 45, wherein the labeled cells are evaluated for changes in a tumor constitutional molecule selected from the group consisting of thymidylate synthase, MDR, Her-2 / neu and EGFR. . 該患者が、病期Iの癌を有することを特徴とする請求項29記載の方法。 30. The method of claim 29, wherein the patient has stage I cancer. 該患者が、病期IIの癌を有することを特徴とする請求項29記載の方法。 30. The method of claim 29, wherein the patient has stage II cancer. 該患者が、病期IIIの癌を有することを特徴とする請求項29記載の方法。 30. The method of claim 29, wherein the patient has stage III cancer. 該患者が、病期IVの癌を有することを特徴とする請求項29記載の方法。 30. The method of claim 29, wherein the patient has stage IV cancer. 治療の効力を予測する手段として、腫瘍体質関連分子における変化を決定する方法であって、
a)患者から試料を得;
b)存在するならば、該試料から循環している腫瘍細胞を単離および計数し、さらに、
c)治療の効力を予測する手段として、該試料中に存在する個々の細胞上の少なくとも1つの予め決められた腫瘍体質関連分子数を測定することを含むことを特徴とする該方法。
As a means of predicting the efficacy of treatment, a method of determining changes in tumor constitution related molecules,
a) obtaining a sample from the patient;
b) if present, isolating and counting circulating tumor cells from the sample;
c) The method comprising measuring the number of at least one predetermined tumor constitution-related molecule on individual cells present in the sample as a means of predicting the efficacy of treatment.
治療に適当な用量を評価する手段として、腫瘍体質関連分子における変化を決定する方法であって、
a)患者から試料を得;
b)存在するならば、該試料から循環している腫瘍細胞を単離および計数し、さらに
c)治療に適当な用量を評価する手段として、該試料中に存在する個々の細胞上の少なくとも1つの予め決められた腫瘍体質関連分子数を測定することを含むことを特徴とする該方法。
As a means of assessing an appropriate dose for treatment, a method for determining a change in a tumor constitutional molecule, comprising:
a) obtaining a sample from the patient;
b) if present, isolate and count circulating tumor cells from the sample; and c) at least one on each individual cell present in the sample as a means of assessing an appropriate dose for treatment. Measuring a predetermined number of tumor constitution related molecules.
治療の効力をモニターする手段として、腫瘍体質関連分子における変化を決定する方法であって、
a)患者から試料を得;
b)存在するならば、該試料から循環している腫瘍細胞を単離および計数し、さらに
c)治療の効力をモニターする手段として、該試料中に存在する個々の細胞上の少なくとも1つの予め決められた腫瘍体質関連分子数を測定することを含むことを特徴とする該方法。
As a means of monitoring the efficacy of treatment, a method of determining changes in tumor constitution related molecules,
a) obtaining a sample from the patient;
b) if present, isolate and count circulating tumor cells from the sample; and c) as a means of monitoring the efficacy of treatment, as a means of monitoring at least one pre-determined individual cell present in the sample. The method comprising measuring a determined number of molecules related to a tumor constitution.
該試料が、治療剤の投与前、投与中または投与後に該患者から得られることを特徴とする請求項57記載の方法。 58. The method of claim 57, wherein the sample is obtained from the patient before, during or after administration of a therapeutic agent. さらに、該細胞と治療剤とを接触させて、その感受性を評価することを含むことを特徴とする請求項57記載の方法。 58. The method of claim 57, further comprising contacting the cell with a therapeutic agent and assessing its sensitivity. 該患者が乳癌を有し、該腫瘍体質関連分子がHer−2/neuであって、該治療が抗Her−2/neu抗体またはその断片の投与であることを特徴とする請求項55記載の方法。 56. The patient according to claim 55, wherein the patient has breast cancer, the tumor constitution related molecule is Her-2 / neu, and the treatment is administration of an anti-Her-2 / neu antibody or a fragment thereof. Method. 該患者が乳癌を有し、該腫瘍体質関連分子がHer−2/neuであって、該治療が抗Her−2/neu抗体またはその断片の投与であることを特徴とする請求項56記載の方法。 57. The patient according to claim 56, wherein the patient has breast cancer, the tumor constitutional molecule is Her-2 / neu, and the treatment is administration of an anti-Her-2 / neu antibody or fragment thereof. Method. 該患者が乳癌を有し、該腫瘍体質関連分子がHer−2/neuであって、該治療が抗Her−2/neu抗体またはその断片の投与であることを特徴とする請求項57記載の方法。 58. The patient according to claim 57, wherein the patient has breast cancer, the tumor constitution related molecule is Her-2 / neu, and the treatment is administration of an anti-Her-2 / neu antibody or a fragment thereof. Method. 該患者が乳癌を有し、少なくとも1つの該腫瘍体質関連分子がHer−2/neuおよびエストロゲン受容体を含み、該治療が抗Her−2/neu抗体またはその断片およびタモキシフェンの投与であることを特徴とする請求項55記載の方法。 The patient has breast cancer, the at least one tumor constitutional molecule comprises Her-2 / neu and estrogen receptor, and the treatment is administration of anti-Her-2 / neu antibody or fragment thereof and tamoxifen 56. A method as claimed in claim 55. 該患者が乳癌を有し、少なくとも1つの該腫瘍体質関連分子がHer−2/neuおよびエストロゲン受容体であり、該治療が抗Her−2/neu抗体またはその断片およびタモキシフェンの投与であることを特徴とする請求項56記載の方法。 The patient has breast cancer, the at least one tumor constitution related molecule is Her-2 / neu and estrogen receptor, and the treatment is administration of anti-Her-2 / neu antibody or fragment thereof and tamoxifen 57. The method of claim 56, characterized in that 該患者が乳癌を有し、少なくとも1つの該腫瘍体質関連分子がHer−2/neuおよびエストロゲン受容体であり、該治療が抗Her−2/neu抗体またはその断片およびタモキシフェンの投与であることを特徴とする請求項57記載の方法。 The patient has breast cancer, the at least one tumor constitutional molecule is Her-2 / neu and estrogen receptor, and the treatment is administration of anti-Her-2 / neu antibody or fragment thereof and tamoxifen 58. A method according to claim 57, characterized in that: 癌の進行を評価する手段として、腫瘍体質関連分子における変化を決定する方法であって、
a)患者から試料を得;
b)存在するならば、該試料から循環している腫瘍細胞を単離および計数し、さらに
c)該細胞が、癌の進行を評価する手段として、貧弱な予後と関連する予め決められた腫瘍体質関連分子を含むかを決定することを含むことを特徴とする該方法。
As a means of assessing cancer progression, a method for determining changes in tumor constitution related molecules,
a) obtaining a sample from the patient;
b) if present, isolating and counting circulating tumor cells from the sample; and c) a predetermined tumor associated with a poor prognosis as a means of assessing cancer progression. Determining the presence of a constitutional related molecule.
該腫瘍体質関連分子が変化し、アンドロゲン受容体、カテプシンD、エストロゲン受容体、エストラジオール、プロゲステロン受容体、ソマスタチン、ステロイド受容体コアクチベーター−1(SRC1)、Her−2(cERB−b)、EGFR、ras、c−fos、c−jun、c−myc、p53、p63、nm23/NDPキナーゼ、PTEN/MMAC1、SMAD4/DPC4、Notch−1、JAK3、サイクリンA、サイクリンB、サイクリンC、サイクリンD、サイクリンE、Ki67、MDR/MRP蛋白質、PSA、前立腺酸性ホスファターゼ、CA125、CA15−3、CA27−29、HGC、嚢胞性線維症膜貫通調節因子(Cystic Fibrosis transmembrane Regulator)、ラミニン受容体、ニューロン特異的エノラーゼ(NSE)、アルファフェトプロテイン、CD99/MIC2、DHEA、プロラクチン、CD66e/CEA、フィラグリン、gp200 TAG72/CA72−4、UPA受容体(CD87)、ヘレグリン(Heregulin)、IPO−38 チミジル酸生成酵素、トポイソメラーゼIia、グルタチオン−S−トランスフェラーゼ (GST)、肺抵抗性関連蛋白質(Lung-Resistance related Protein)/主要欠損蛋白質(Major Fault Protein)(LRP/MFP)および06−メチルグアニン−DNA メチルトランスフェラーゼ(MGMT)よりなる群から選択されることを特徴とする請求項66記載の方法。 The tumor constitution related molecule is changed, androgen receptor, cathepsin D, estrogen receptor, estradiol, progesterone receptor, somastatin, steroid receptor coactivator-1 (SRC1), Her-2 (cERB-b), EGFR Ras, c-fos, c-jun, c-myc, p53, p63, nm23 / NDP kinase, PTEN / MMAC1, SMAD4 / DPC4, Notch-1, JAK3, cyclin A, cyclin B, cyclin C, cyclin D, Cyclin E, Ki67, MDR / MRP protein, PSA, prostate acid phosphatase, CA125, CA15-3, CA27-29, HGC, cystic fibrosis transmembrane regulator, laminin receptor, neuron specific Enolase NSE), alphafetoprotein, CD99 / MIC2, DHEA, prolactin, CD66e / CEA, filaggrin, gp200 TAG72 / CA72-4, UPA receptor (CD87), heregulin, IPO-38 thymidylate synthase, topoisomerase Iia, Group consisting of glutathione-S-transferase (GST), lung resistance related protein / major fault protein (LRP / MFP) and 06-methylguanine-DNA methyltransferase (MGMT) 68. The method of claim 66, wherein the method is selected from: 該腫瘍体質関連分子が野生型発現に対し異常に発現し、アンドロゲン受容体、カテプシンD、エストロゲン受容体、エストラジオール、プロゲステロン受容体、ソマスタチン、ステロイド受容体コアクチベーター−1(SRC1)、Her−2(cERB−b)、EGFR、ras、c−fos、c−jun、c−myc、p53、p63、nm23/NDPキナーゼ、PTEN/MMAC1、SMAD4/DPC4、Notch−1、JAK3、サイクリンA、サイクリンB、サイクリンC、サイクリンD、サイクリンE、Ki67、MDR/MRP蛋白質、PSA、前立腺酸性ホスファターゼ、CA125、CA15−3、CA27−29、HGC、嚢胞性線維症膜貫通調節因子、ラミニン受容体、ニューロン特異的エノラーゼ(NSE)、アルファフェトプロテイン、CD99/MIC2、DHEA、プロラクチン、CD66e/CEA、フィラグリン、gp200 TAG72/CA72−4、UPA受容体(CD87)、ヘレグリン(Heregulin)、IPO−38、チミジル酸生成酵素、トポイソメラーゼIia、グルタチオン−S−トランスフェラーゼ (GST)、肺抵抗性関連蛋白質/主要欠損蛋白質(LRP/MFP)および06−メチルグアニン−DNA メチルトランスフェラーゼ(MGMT)よりなる群から選択されることを特徴とする請求項66記載の方法。 The tumor constitution-related molecule is abnormally expressed relative to wild-type expression, androgen receptor, cathepsin D, estrogen receptor, estradiol, progesterone receptor, somastatin, steroid receptor coactivator-1 (SRC1), Her-2 (CERB-b), EGFR, ras, c-fos, c-jun, c-myc, p53, p63, nm23 / NDP kinase, PTEN / MMAC1, SMAD4 / DPC4, Notch-1, JAK3, cyclin A, cyclin B , Cyclin C, cyclin D, cyclin E, Ki67, MDR / MRP protein, PSA, prostatic acid phosphatase, CA125, CA15-3, CA27-29, HGC, cystic fibrosis transmembrane regulator, laminin receptor, neuron specific Enolase (NSE , Alphafetoprotein, CD99 / MIC2, DHEA, prolactin, CD66e / CEA, filaggrin, gp200 TAG72 / CA72-4, UPA receptor (CD87), heregulin, IPO-38, thymidylate synthase, topoisomerase Iia, glutathione 67. The method according to claim 66, wherein the protein is selected from the group consisting of -S-transferase (GST), lung resistance-related protein / major deletion protein (LRP / MFP) and 06-methylguanine-DNA methyltransferase (MGMT). the method of. 該腫瘍体質関連分子が核酸であることを特徴とする請求項67記載の方法。 68. The method of claim 67, wherein the tumor constitutional molecule is a nucleic acid. 該腫瘍体質関連分子が核酸であることを特徴とする請求項68記載の方法。 69. The method of claim 68, wherein the tumor constitutional molecule is a nucleic acid. 該腫瘍体質関連分子が蛋白質であることを特徴とする請求項67記載の方法。 68. The method according to claim 67, wherein the tumor constitutional molecule is a protein. 該腫瘍体質関連分子が蛋白質であることを特徴とする請求項68記載の方法。 69. The method according to claim 68, wherein the tumor substance-related molecule is a protein. 患者に全身生検を行う方法であって、
a)患者から血液試料を得;
b)存在するならば、該試料から循環している非造血性腫瘍細胞を単離および計数し、さらに
c)予め決められた腫瘍体質関連分子のパネルの存在および数につき該細胞を分析することを含むことを特徴とする該方法。
A method of performing a whole body biopsy on a patient,
a) obtaining a blood sample from the patient;
b) if present, isolate and count non-hematopoietic tumor cells circulating from the sample; and c) analyze the cells for the presence and number of a predetermined panel of tumor constitution related molecules. The method comprising the steps of:
該腫瘍体質関連分子が、アンドロゲン受容体、カテプシンD、エストロゲン受容体、エストラジオール、プロゲステロン受容体、ソマスタチン、ステロイド受容体コアクチベーター−1(SRC1)、Her−2(cERB−b)、EGFR、ras、c−fos、c−jun、c−myc、p53、p63、nm23/NDPキナーゼ、PTEN/MMAC1、SMAD4/DPC4、Notch−1、JAK3、サイクリンA、サイクリンB、サイクリンC、サイクリンD、サイクリンE、Ki67、MDR/MRP蛋白質、PSA、前立腺酸性ホスファターゼ、CA125、CA15−3、CA27−29、HGC、嚢胞性線維症膜貫通調節因子、ラミニン受容体、ニューロン特異的エノラーゼ(NSE)、アルファフェトプロテイン、CD99/MIC2、DHEA、プロラクチン、CD66e/CEA、フィラグリン、gp200 TAG72/CA72−4、UPA受容体(CD87)、ヘレグリン、IPO−38、チミジル酸生成酵素、トポイソメラーゼIia、グルタチオン−S−トランスフェラーゼ (GST)、肺抵抗性関連蛋白質/主要欠損蛋白質(LRP/MFP)および06−メチルグアニン−DNA メチルトランスフェラーゼ(MGMT)よりなる群から選択される少なくとも2つの分子を含むことを特徴とする請求項73記載の方法。 The tumor constitution-related molecule is an androgen receptor, cathepsin D, estrogen receptor, estradiol, progesterone receptor, somastatin, steroid receptor coactivator-1 (SRC1), Her-2 (cERB-b), EGFR, ras , C-fos, c-jun, c-myc, p53, p63, nm23 / NDP kinase, PTEN / MMAC1, SMAD4 / DPC4, Notch-1, JAK3, cyclin A, cyclin B, cyclin C, cyclin D, cyclin E , Ki67, MDR / MRP protein, PSA, prostatic acid phosphatase, CA125, CA15-3, CA27-29, HGC, cystic fibrosis transmembrane regulator, laminin receptor, neuron specific enolase (NSE), alpha fetoprotein CD99 / MIC2, DHEA, prolactin, CD66e / CEA, filaggrin, gp200 TAG72 / CA72-4, UPA receptor (CD87), heregulin, IPO-38, thymidylate synthase, topoisomerase Iia, glutathione-S-transferase (GST) 75. at least two molecules selected from the group consisting of lung resistance-related protein / major deletion protein (LRP / MFP) and 06-methylguanine-DNA methyltransferase (MGMT) Method. 該患者が、前立腺癌、乳癌、大腸癌、膀胱癌、卵巣癌、腎臓癌、子宮癌、頭頸部癌、膵臓癌および胃癌よりなる群から選択される上皮細胞を有する請求項73記載の方法。 74. The method of claim 73, wherein the patient has epithelial cells selected from the group consisting of prostate cancer, breast cancer, colon cancer, bladder cancer, ovarian cancer, kidney cancer, uterine cancer, head and neck cancer, pancreatic cancer and gastric cancer. in situにて腫瘍集団中に存在する細胞に対し循環している腫瘍細胞中の変化を同定する方法であって、
a)患者から該腫瘍集団の生検標本を得;
b)存在するならば、該患者から循環している腫瘍細胞を単離し;
c)該標本および該循環している腫瘍細胞と、複数の腫瘍体質関連分子を検出する二連のパネルの試薬とを接触させ;
d)該循環している腫瘍細胞中および該標本中に存在するいずれかの腫瘍体質関連分子を検出し;次いで
e)該腫瘍体質関連分子が、該生検標本に対し該循環している腫瘍細胞中で変化するかを決定することを含むことを特徴とする該方法。
A method for identifying changes in circulating tumor cells relative to cells present in a tumor population in situ, comprising:
a) obtaining a biopsy specimen of the tumor population from a patient;
b) if present, isolating circulating tumor cells from the patient;
c) contacting the specimen and the circulating tumor cells with a panel of reagents that detect a plurality of tumor constitution related molecules;
d) detecting any tumor constitution-related molecule present in the circulating tumor cells and in the specimen; then e) the tumor constitution-related molecule is circulating in the biopsy specimen Determining the change in the cell.
非造血性腫瘍細胞の存在につき患者試料をスクリーニングするための試験キットであって、
a)磁心材料、蛋白質ベースコーティング材料、および該悪性細胞の第1の特有の決定基に特異的に結合する抗体を含む被覆された磁性ナノ粒子、ここに、該抗体は、該ベースコーティング材料に直接的または間接的にカップリングし;
b)該悪性細胞の第2の特有の決定基に結合特異性を有する少なくとも1つの抗体;
c)該悪性細胞以外の試料成分を分析から除外するための細胞特異的な色素;
d)セルスポッターカートリッジまたはセルトラックスカートリッジよりなる群から選択されるデバイス;および
e)腫瘍体質関連分子に結合親和性を有する少なくとも1つの検出可能に標識された剤を含む該キット。
A test kit for screening patient samples for the presence of non-hematopoietic tumor cells,
a) Coated magnetic nanoparticles comprising a magnetic core material, a protein-based coating material, and an antibody that specifically binds to the first unique determinant of the malignant cell, wherein the antibody is attached to the base coating material Coupling directly or indirectly;
b) at least one antibody having binding specificity for a second unique determinant of the malignant cell;
c) a cell-specific dye for excluding sample components other than the malignant cells from the analysis;
d) a device selected from the group consisting of a Cell Spotter R cartridge or Celltrax cartridge; and e) at least one detectably labeled agent having binding affinity for a tumor constitution related molecule.
該キットが、非標的細胞に結合親和性を有する抗体、生物学的緩衝液、浸透化緩衝液、プロトコールおよび、所望により、情報シートをさらに含む請求項48記載のキット。 49. The kit of claim 48, wherein the kit further comprises an antibody having binding affinity for non-target cells, a biological buffer, a permeabilization buffer, a protocol, and optionally an information sheet. 該腫瘍体質関連分子に結合親和性を有する少なくとも1つの該検出可能に標識された剤が、MUC−1、エストロゲン、プロゲステロン受容体、カテプシンD、p53、ウロキナーゼ型プラスミノゲンアクチベーター、上皮成長因子、上皮成長因子受容体、BRCA1、BRCA2、CA27.29、CA15.5、前立腺特異的抗原、プラスミノゲンアクチベーター抑制剤およびHer2−neuよりなる群から選択される乳癌につき患者をスクリーニングするための請求項77記載のキット。 The at least one detectably labeled agent having binding affinity for the tumor constitutional molecule is MUC-1, estrogen, progesterone receptor, cathepsin D, p53, urokinase-type plasminogen activator, epidermal growth factor, epithelium 78. A method for screening a patient for breast cancer selected from the group consisting of a growth factor receptor, BRCA1, BRCA2, CA27.29, CA15.5, prostate specific antigen, plasminogen activator inhibitor and Her2-neu. Kit. 該腫瘍体質関連分子に結合親和性を有する少なくとも1つの該検出可能に標識された剤が、前立腺特異的抗原、前立腺酸性ホスファターゼ、チモシンb−15、p53、HPC1ベースの前立腺遺伝子、クレアチンキナーゼおよび前立腺特異的膜抗原よりなる群から選択される前立腺癌につき患者をスクリーニングするための請求項77記載のキット。 At least one of the detectably labeled agents having binding affinity for the tumor constitutional molecule is a prostate specific antigen, prostate acid phosphatase, thymosin b-15, p53, HPC1-based prostate gene, creatine kinase and prostate 78. The kit of claim 77, for screening patients for prostate cancer selected from the group consisting of specific membrane antigens. 該腫瘍体質関連分子に結合親和性を有する少なくとも1つの該検出可能に標識された剤が、癌胎児性抗原、Cタンパク質、APC遺伝子、p53、チミジル酸合成酵素およびマトリックスメタロプロテイナーゼ(MMP−9)よりなる群から選択される大腸癌につき患者をスクリーニングするための請求項77記載のキット。 At least one of the detectably labeled agents having binding affinity for the tumor constitutional molecule is carcinoembryonic antigen, C protein, APC gene, p53, thymidylate synthase and matrix metalloproteinase (MMP-9) 78. The kit of claim 77 for screening a patient for colorectal cancer selected from the group consisting of: 該腫瘍体質関連分子に結合親和性を有する少なくとも1つの該検出可能に標識された剤が、核マトリックス蛋白質(NMP22)、バード膀胱腫瘍抗原(BTA)および線維素分解生成物(FDP)よりなる群から選択される膀胱癌につき患者をスクリーニングするための請求項77記載のキット。 The group wherein the at least one detectably labeled agent having binding affinity for the tumor constitutional molecule comprises a nuclear matrix protein (NMP22), a bird bladder tumor antigen (BTA) and a fibrinolysis product (FDP) 78. A kit according to claim 77 for screening patients for bladder cancer selected from. 該少なくとも1つの抗体が、各々が異なる癌細胞特有の決定基に結合特異性を有する抗体のパネルを含む請求項77記載の試験キット。
78. The test kit of claim 77, wherein the at least one antibody comprises a panel of antibodies each having binding specificity for a different cancer cell specific determinant.
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