循環腫瘍細胞

循環腫瘍細胞（CTC）

循環腫瘍細胞（じゅんかんしゅようさいぼう、英語: circulating tumor cell、CTC）は、がんの発生源である原発巣から分離し、血流またはリンパ流に乗って体内を循環する悪性細胞です。これらの細胞は、全身を巡った後、血管やリンパ管から他の臓器へ移動し、そこで増殖を開始することで新たな腫瘍（転移巣）を形成します。転移はがん患者の死亡原因の大部分を占める深刻な現象であり、CTCはこの転移過程における重要なステップを担っています。

臨床的意義と検出の利点

CTCの存在を早期に捉え、その特徴を詳しく調べることは、患者さんの今後の病状（予後）を予測したり、一人ひとりに最適な治療法（オーダーメイド治療）を選ぶ上で非常に価値があります。CTCを検出する「リキッドバイオプシー」（液状生検）と呼ばれる手法は、従来の固形腫瘍に対する組織生検に比べて、患者さんの体への負担が少なく、必要に応じて繰り返し実施できるという大きな利点があります。これにより、病気の進行状況や治療効果を経時的にモニタリングすることが容易になります。例えば、多くの研究で、がんが進行するとCTCの数が多くなる傾向が示されています。血液検査は比較的簡単で安全に行えるため、治療経過を追いながらタイムリーに情報を得ることが可能です。これに対し、組織生検は手術や穿刺といった侵襲的な処置を伴うため、繰り返し行うことが難しく、患者さんの負担も大きくなります。リキッドバイオプシーによる継続的なモニタリングは、治療法の適切な変更を可能にし、結果として患者さんの予後やQOL（生活の質）の改善に繋がる可能性があります。また、CTC数が継続して低値であれば、必ずしも手術が必要ないケースもあり、がん手術に伴うリスクを回避できる可能性も示唆されています。

検出の課題

CTCの研究と臨床応用は期待されていますが、検出にはいくつかの困難が伴います。CTCは血中にごくわずかしか存在しません。例えば、がんが転移している患者さんの血液1ミリリットルあたりに含まれるCTCは、わずか1個から10個程度と推定されています。これは、同じ量の血液中に存在する白血球（数百万個）や赤血球（数十億個）と比べると、非常に稀な存在です。そのため、高い感度と特異度でCTCを捉える技術が必要です。さらに、CTCは元のがんの種類や進行度によって様々な特徴を持っており、検出に用いられる特定のマーカー（目印となる分子）の発現も患者さんごとに異なる場合があります。これらの多様性も、高精度な検出技術の開発を難しくしています。

CTCの種類

CTCは、その起源や特徴によっていくつかの種類に分類されることがあります。最も一般的なのは、上皮性の腫瘍（癌腫）から生じたCTCです。

Traditional CTC: 典型的なCTCとして定義されるもので、上皮細胞に特徴的なサイトケラチンやEpCAMといったマーカーを発現し、造血細胞のマーカーであるCD45は陰性です。一般的にサイズが大きく、不規則な形態を持つことが多いとされています。これらの細胞は、本来は基質への接着がないと死滅するアノイキスという現象に抵抗性を持つことが特徴です。
Cytokeratin-negative CTC: サイトケラチンやEpCAMといった上皮マーカーの発現が低い、あるいは見られないCTCです。これは、細胞が未分化な状態（がん幹細胞の特徴）にあるか、あるいは上皮細胞が間葉系細胞の性質を獲得する「上皮間葉転換（EMT）」を起こしている可能性を示唆します。EMTを起こした細胞は転移能が高いと考えられており、またマーカーが少ないため検出や単離がより困難になります。
Apoptotic CTC: プログラム細胞死（アポトーシス）の過程にあるTraditional CTCです。これらの細胞は、治療効果をモニタリングする指標となる可能性があります。
Small CTC: サイトケラチン陽性、CD45陰性ですが、サイズや形態が白血球に似ているCTCです。特定のバイオマーカーを発現しており、進行した病状や小細胞がんへの分化との関連が示唆されています。

CTCクラスター

CTCは単独の細胞としてだけでなく、複数の細胞が塊となって循環していることが比較的よくあります。これをCTCクラスターと呼びます。CTCクラスターは2個以上のCTCが結合したもので、Traditional CTCや他の種類のCTCから構成されます。クラスターもがん特異的なバイオマーカーを発現しており、血液中の他の細胞と区別されます。

研究により、CTCクラスターは単独のCTCに比べて転移を引き起こす能力が高いことや、患者さんの予後が悪いことと関連していることが示されています。例えば、前立腺がん患者において、単独のCTCしか検出されない場合に比べ、CTCクラスターが見られる患者さんの平均生存期間が著しく短いという報告があります。クラスターはがん細胞のみで構成される「homotypic cluster」と、血液細胞や線維芽細胞など他のがん細胞以外の細胞も含む「heterotypic cluster（またはmicroemboli）」に分けられます。

Cancer exodus hypothesisという仮説では、CTCクラスターは転移の過程でバラバラになるのではなく、クラスターのまま血流を移動し、転移先の臓器で塊として血管から出ると提唱されています。クラスター内の細胞同士が連携することで生存しやすくなり、転移効率を高めていると考えられています。また、CTCクラスターは単独のCTCとは異なる遺伝子発現パターンを持ち、特定の治療法に抵抗性を示す可能性があることも示唆されています。

検出手法

CTCを血液中から見つけ出し、数を数えるための様々な技術が開発されています。現在、米国FDAの承認を得ているのはCellSearchシステムのみであり、主に転移性乳がん、大腸がん、前立腺がんの患者さんに対して臨床検査として利用されています。CellSearchによって検出されたCTC数は、これらの患者さんの全生存期間を予測する上で強い指標となることが示されています。

CTC検出技術は、細胞表面のマーカーに結合する抗体などを利用する「生物学的手法」と、細胞のサイズや物理的特性を利用する「物理的手法」に大別され、両者を組み合わせた「ハイブリッド手法」も存在します。

生物学的手法: 腫瘍細胞に特異的な抗体を用いてCTCを捕捉する方法が一般的です。例えば、EpCAMなどのマーカーに対する抗体を付けた磁性粒子を用いて、磁力でCTCを分離する免疫磁気分離法がCellSearchやMACSで用いられています。その他にも、マイクロ流体チップを用いた分離や、マラリア原虫由来のタンパク質VAR2CSA、さらには血管内に直接ワイヤーを挿入してCTCを捕捉するGILUPI法なども研究されています。
物理的手法: 細胞のサイズや変形しやすさの違いを利用して、フィルターや特殊な構造を持つ流路でCTCを分離します。ScreenCellやParsortixといった技術がこれに該当します。
* ハイブリッド手法: 密度勾配遠心分離や磁気分離といった物理的手法と、抗体を用いた細胞分離を組み合わせた方法です。ISET TestやRosetteSep、マイクロ流体デバイスを用いたCTC-iChipなどがあります。

主要な検出プラットフォームとして、FDA承認のCellSearchシステム、蛍光標識と画像解析で多数のパラメーターを解析するEpic Sciencesプラットフォーム、EpCAM抗体と顕微鏡で生細胞を同定し、細胞数の経時変化を追うmaintracなどがあります。

特性解析と今後の可能性

CTCの詳しい性質を調べることは、がんの現状を理解する上で非常に重要です。特に、原発巣が切除されている場合など、現在の腫瘍の分子的な特徴を知る手がかりとなります。FISH解析や免疫蛍光染色を用いて、CTCにおける特定の遺伝子異常やタンカーの発現状態が調べられています。また、患者さんから採取したCTCをマウスに移植することで、どの臓器に転移しやすいか（臓器指向性）を研究するモデルも開発されており、転移のメカニズム解明や治療標的の探索が進められています。

歴史

CTCは、1869年にトーマス・アッシュワースという医師によって、転移性のがん患者の血液中に初めて観察されました。彼は、血液中の細胞ががん組織の細胞と似ていることから、これらの細胞が原発巣から血流に乗って全身に広がり、離れた場所で腫瘍を形成するという転移の概念を提唱しました。

現代のがん研究においてCTCが再び注目されるようになったのは、1990年代半ばに、より高感度な技術によって病気の比較的早い段階でもCTCが存在することが明らかになってからです。これにより、CTCが転移のごく初期から関与している可能性が示唆されました。ポール・リベルティらが開発した磁性流体を用いた高感度な分離技術などが、その後のCTC研究を大きく進展させました。現在では、CTCが原発巣から直接生じること、そしてがんの転移において中心的な役割を果たすことが科学的に証明され、アッシュワースの先見性が改めて認識されています。

高感度な一細胞レベルでの解析技術の発展により、CTCの様々な分子的な特徴が明らかになりつつあります。これらの知見は、病状のモニタリングや新たな治療法の開発に繋がることが期待されています。CTC研究は、がんの転移という複雑な現象の理解を深め、将来のがん医療を変える可能性を秘めています。

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