thumb|Primaire tumor met circulerende tumorcellen in de bloedsomloop
Een circulerende tumorcel, van het Engelse Circulating tumor cell afgekort tot CTC, is een kankercel die zich van zijn primaire, kwaadaardige tumor heeft losgemaakt en zich, door de bloedsomloop of het lymfevatenstelsel door het lichaam verplaatst. Aangekomen bij een ander orgaan, kan het de bloedsomloop of het lymfevatenstelsel verlaten en in dat orgaan vervolgens de kiem vormen voor de groei van secundaire tumoren. Dit staat bekend als uitzaaiing of metastase. Het zorgt voor de meeste sterfgevallen door kanker.
De detectie en analyse van deze kwaadaardige circulerende tumorcellen kan bijdragen aan een vroege prognose voor de patiënt en het bepalen van een passende behandeling.
Geschiedenis Circulerende tumorcellen werden voor het eerst in 1869 door Thomas Ashworth in het bloed van een man waargenomen met uitgezaaide kanker, die stelde dat cellen die identiek zijn aan die van de kanker zelf en die in het bloed worden aangetroffen, mogelijk enig licht kunnen werpen op de manier dat meer tumoren ontstaan die bij dezelfde persoon voorkomen. Een grondige vergelijking van de morfologie van de circulerende cellen met tumorcellen van verschillende laesies bracht Ashworth tot de conclusie dat één ding zeker was. Als ze [CTC's] afkomstig waren van een bestaande kankerstructuur, moesten ze het grootste deel van de bloedsomloop hebben gepasseerd om de vena saphena van het gezonde been te bereiken.
Het belang van CTC's in modern kankeronderzoek begon halverwege de jaren negentig met het aantonen dat CTC's al vroeg in het beloop van de ziekte bestaan. Deze resultaten werden door gevoelige magnetische scheidingstechnologie mogelijk gemaakt met behulp van ferrofluïda, colloïdale magnetische nanodeeltjes, en magnetische scheiders met hoge gradiënt. De techniek ervan was door Paul Liberti uitgevonden en het resultaat werd door Liberti en Leon Terstappen met berekeningen gecontroleerd, die aangaven dat kleine tumoren die minder dan 1,0% van de cellen per dag afstoten, zouden moeten resulteren in detecteerbare cellen in het bloed. Sindsdien zijn diverse andere technologieën toegepast op de telling en identificatie van CTC's.
Modern kankeronderzoek heeft aangetoond dat CTC's afkomstig zijn van klonen in de primaire tumor, wat de mening van Ashworth bevestigt. Het onderzoek naar de biologische eigenschappen van CTC's heeft de cruciale rol aangetoond die zij bij de uitzaaiing spelen van carcinoom.
Typen CTC's die afkomstig zijn van carcinomen (kankers van epitheliale oorsprong, die het meest voorkomen) kunnen worden geclassificeerd op basis van de expressie van epitheliale markers, hun grootte en of ze apoptotisch zijn. Over het algemeen zijn CTC's anoikis-resistent, wat betekent dat ze in de bloedbaan kunnen overleven zonder zich aan een substraat te hechten.
Traditionele CTC's worden gekenmerkt door een intacte, levensvatbare celkern. De expressie van EpCAM en cytokeratines, wat wijst op een epitheliale oorsprong; de afwezigheid van CD45, wat aangeeft dat de cel niet van hematopoëtische oorsprong is; en hun grotere omvang, onregelmatige vorm of subcellulaire morfologie. Cytokeratine-negatieve CTC's worden gekenmerkt door een gebrek aan EpCAM of cytokeratines, wat kan wijzen op een ongedifferentieerd fenotype (circulerende kankerstamcellen) of de verwerving van een mesenchymaal fenotype (bekend als epitheliale-mesenchymale overgang of EMT). Deze populaties CTC's zijn mogelijk het meest resistent en het meest vatbaar voor uitzaaiing. Ze zijn ook moeilijker te isoleren omdat ze noch cytokeratines noch CD45 tot expressie brengen. Verder zijn hun morfologie, genexpressie en genomica vergelijkbaar met die van andere kankercellen. Apoptotische CTC's zijn traditionele CTC's die apoptose (geprogrammeerde celdood) ondergaan. Deze kunnen worden gebruikt om de respons op de behandeling te monitoren, zoals experimenteel is gedaan met de Epic Sciences-methode, die nucleaire fragmentatie of cytoplasmatische blaarvorming in verband met apoptose identificeert. Het meten van de verhouding tussen traditionele CTC's en apoptotische CTC's – vanaf begin tot therapie – geeft inzicht in de effectiviteit van de behandeling bij het aanpakken en doden van kankercellen. Kleine CTC's zijn cytokeratinepositief en CD45-negatief, maar hebben afmetingen en vormen die vergelijkbaar zijn met die van witte bloedcellen. Belangrijk is dat kleine CTC's kankerspecifieke biomarkers hebben die ze als CTC's identificeren. Kleine CTC's zijn in verband gebracht met progressieve ziekte en differentiatie tot kleincellige carcinomen, waarvoor vaak een ander behandelplan nodig is.
CTC-clusters Circulerende tumorcellen zijn meestal aanwezig in clusters. CTC-clusters zijn aggregaten van twee of meer circulerende tumorcellen (CTC's) die aan elkaar gebonden zijn. Deze clusters kunnen bestaan uit traditionele, kleine of cytokeratine-negatieve CTC's en dragen kankerspecifieke biomarkers die ze onderscheiden van andere cellen in de bloedsomloop. Studies hebben aangetoond dat CTC-clusters geassocieerd zijn met een verhoogde uitzaaiing potentieel en een slechte prognose. Onderzoek heeft bijvoorbeeld aangetoond dat patiënten met prostaatkanker die maar één CTC hebben een acht keer hogere gemiddelde overlevingskans hebben in vergelijking met patiënten met CTC-clusters. Soortgelijke bevindingen zijn ook gerapporteerd voor darmkanker.
links|thumb|upright=2.0|Circulerende tumorcellen en clusters bij borstkanker
Er zijn twee soorten circulerende tumorcelclusters; een cluster die uitsluitend uit kankercellen bestaat, wordt homotypisch genoemd. Een CTC-cluster die ook andere cellen omvat, waaronder witte bloedcellen, fibroblasten, endotheelcellen (d.w.z. cellen die het binnenoppervlak van bloedvaten bekleden) en bloedplaatjes, wordt heterotypisch genoemd. Heterotypische clusters staan ook bekend als micro-embolieën. Er wordt gesuggereerd dat deze micro-embolieën het potentieel om uit te zaaien kunnen versterken.
De kanker-exodushypothese suggereert dat CTC-clusters intact blijven gedurende de uitzaaiing, in plaats van te dissociëren tot afzonderlijke cellen, zoals eerder werd aangenomen. Volgens deze hypothese komen de clusters de bloedbaan binnen, gaan ze als een samenhangende eenheid verder en verlaten ze de bloedbaan in andere organen zonder uiteen te vallen. Dit stelt de clusters in staat hun multicellulariteit te behouden, wat hun efficiëntie om uit te zaaien verbetert. De hypothese stelt dat het overlevingsvoordeel dat wordt geboden door intercellulaire ondersteuning binnen clusters hun potentieel om uit tye zaaien vergroot in vergelijking met afzonderlijke CTC's.
CTC-clusters vertonen verschillende genexpressieprofielen, die resistentie verlenen tegen bepaalde kankertherapieën, waardoor ze veerkrachtiger zijn dan individuele tumorcellen. Hun vermogen om multicellulair te blijven gedurende de uitzaaiing, zou hun verhoogde overleving en potentieel om uit te zaaien kunnen verklaren.
Het onderzoek naar CTC-clusters en hun rol bij de uitzaaiing blijft zich ontwikkelen, waarbij de kanker-exodushypothese een nieuw perspectief biedt op hoe deze clusters bijdragen aan de progressie van kanker. Het detecteren en analyseren van CTC-clusters levert cruciale prognose-informatie op en kan helpen bij het nemen van therapeutische beslissingen voor kankerpatiënten.
Aantal CTC's in het bloed thumb|Aantal verschillende typen cellen in het bloed.
De detectie van CTC's kan belangrijke prognostische en therapeutische implicaties hebben, maar omdat hun aantal zeer klein kan zijn, zijn deze cellen niet gemakkelijk te detecteren. Geschat wordt dat van de cellen die zich van de primaire tumor hebben losgemaakt, maar 0,01% uitzaaiingen kan vormen.
CTC's worden aangetroffen in frequenties van de orde van 1-10 CTC's per ml bloed bij patiënten met uitgezaaide kanker. Ter vergelijking: een ml bloed bevat een paar honderd CEC's (d.w.z. circulerende endotheelcellen), een paar miljoen witte bloedcellen en een miljard rode bloedcellen. Deze lage aantallen, die gepaard gaat met de moeilijkheid om kankercellen te identificeren, betekent dat een belangrijk onderdeel van het begrijpen van de biologische eigenschappen van CTC's technologieën en benaderingen vereist die in staat zijn om 1 CTC per ml bloed te isoleren, hetzij door verrijking, of beter nog met verrijkingsvrije assays die alle CTC-subtypen identificeren met hoge resolutie om te voldoen aan de eisen van diagnostische pathologische beeldkwantiteit bij patiënten met diverse soorten kanker. Tot op heden zijn CTC's gedetecteerd in verschillende epitheliale kankers, borst-, prostaat-, long- en darmkanker. en klinisch bewijs wijst erop dat bij patiënten met uitgezaaide laesies meer CTC's worden geïsoleerd.
CTC's worden uit de bloedvaten geïssoleerd met behulp van specifieke antilichamen die specifieke tumormarkers kunnen herkennen (meestal EpCAM); deze benadering is geeft echter een vertekend beeld door de noodzaak van voldoende expressie van het geselecteerde eiwit op het celoppervlak, noodzakelijk voor de verrijkingsstap. Bovendien zijn nieuwe verrijkingsstrategieën nodig, omdat EpCAM en andere eiwitten (bijvoorbeeld cytokeratines) in sommige tumoren niet tot expressie komen en tijdens de epitheliale-mesenchymale overgang (EMT) kunnen worden onderdrukt.
Eerste bewijzen wijzen erop dat CTC-markers die in de humane geneeskunde worden gebruikt, ook bij andere diersoorten voorkomen. Vijf van de meest voorkomende markers, waaronder CK19, zijn ook nuttig voor de detectie van CTC in het bloed van honden met kwaadaardige melkkliertumoren. Nieuwere methoden, zoals IsofFux of Maintrac, kunnen meer cellen identificeren in 7,5 ml bloed. In zeer zeldzame gevallen zijn CTC's in voldoende grote hoeveelheden aanwezig om zichtbaar te zijn bij een routinematig bloeduitstrijkje. Dit wordt carcinocytemie genoemd en gaat gepaard met een slechte prognose.
Detectiemethoden Tot nu toe zijn er diverse onderzoeksmethoden ontwikkeld om CTC's te isoleren en te tellen. De enige door de Amerikaanse Food and Drug Administration goedgekeurde methodologie voor het tellen van CTC in bloed is het CellSearch-systeem. Uitgebreide klinische tests met deze methode tonen aan dat de aanwezigheid van CTC's een sterke voorspelbare factor is voor de totale overleving bij patiënten met uitgezaaide borst-, darm- of prostaatkanker.