Russian Journal of BiotherapyRussian Journal of BiotherapyРоссийский биотерапевтический журнал1726-97841726-9792Publishing House ABV Press121510.17650/1726-9784-2020-19-3-29-37ORIGINAL REPORTSОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИDETECTION OF DISSEMINATED TUMOR CELLS IN THE BONE MARROW OF PATIENTS WITH NON-SMALL CELL LUNG CANCERОБНАРУЖЕНИЕ ДИССЕМИНИРОВАННЫХ ОПУХОЛЕВЫХ КЛЕТОК В КОСТНОМ МОЗГЕ БОЛЬНЫХ НЕМЕЛКОКЛЕТОЧНЫМ РАКОМ ЛЕГКОГОhttps://orcid.org/0000-0003-4412-5019ChulkovaS. V.ЧулковаС. В.
Russian Federation

Светлана Васильевна Чулкова

chulkova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3966-128XTupitsynN. N.ТупицынН. Н.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0001-5029-1406DjumanazarovT. M.ДжуманазаровТ. М.
Russian Federation
PalladinaA. D.ПалладинаА. Д.
Russian Federation
KupryshinaN. A.КупрышинаН. А.
Russian Federation
ChernyshevaO. A.ЧернышеваО А.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0001-8378-2738AllakhverdievA. K.АллахвердиевА. К.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0001-8493-9012KolbatskayaO. P.КолбацкаяО. П.
Russian Federation
KononetzP. V.КононецП. В.
Russian Federation
N.N. Blokhin National Medical Research Center of Oncology of the Ministry of Health of RussiaФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина» Минздрава РоссииN.I. Pirogov Russian National Research Medical University, Ministry of Health of RussiaФГAOУ ВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет им. И.М. Пирогова» Минздрава РоссииMoscow Clinical Scientific and Practical Center of Moscow Department of HealthcareГБУЗ г. Москвы «Московский клинический научно-практический центр им. А.С. Логинова Департамента здравоохранения г. Москвы»Russian Medical Academy of Continuous Professional Education of the Ministry of Health of RussiaФГБОУ ДПО «Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования» Минздрава России1310202019329371210202012102020https://bioterapevt.abvpress.ru/jour/article/view/1215

Introduction. There is evidence that disseminated tumor cells (DOCs) in the bone marrow (BM) are precursors of subsequent distant metastases. The detection of DOCs in non-small cell lung cancer (NSCLC) will provide important information about the features of metastasis, as well as the possibilities of identifying new targets for the treatment of NSCLC.

Purpose of the study is to evaluate the possibility of detection DOCs in BM and to identify the frequency of BM involvement in patients with NSCLC.

Materials and methods. Morphological and immunological methods studied 62 BM samples from patients with NSCLC. DOCs analysis was performed using flow cytometry (FACSCanto II, USA, Kaluza Analysis v 2.1 software), monoclonal antibodies to CD45, cytokeratins directly labeled with various fluorochromes were used.

Results. DOCs (EPCAM+CD45–) in the BM were found in 43.5 % of patients (threshold level: 1 cell per 10 million myelocaricytes). The presence of DOCs did not correlate with tumor size, lymph node status, stage of the tumor process. The highest detection rates of DOCs were observed at stages IA and IIA: 60.7 % (3/5) and 58.3 % (7/12) respectively. BM involvement in adenocarcinoma was observed in 45 % (15/33) cases, in squamous cell carcinoma – in 37 % (10/27) samples (p = 0.501). It was found that DOCs are more often detected in more differentiated tumors (p = 0.023). Significant correlations between the presence of DOCs in the BM and myelogram parameters have not been established. A decrease in the number of granulocyte germ cells was observed in 4 % of BM involvement (p = 0.036).

Conclusion. The possibility of detecting DOCs in the BM of NSCLC patients has been established. BM involvement was 43.5 %. DOCs are detected even in the early stages of NSCLC. Relationship between BM involvement and the degree of tumor differentiation was found. More frequent BM involvement was observed in adenocarcinoma compared with squamous cell carcinoma of the lung.

Compliance with patient rights and principles of bioethics

The study protocol was approved by the biomedical ethics committee of N.N. Blokhin National Medical Research Center of Oncology of the Ministry of Health of Russia. All patients gave written informed consent to participate in the study.

Введение. Существуют многочисленные подтверждения того, что при ряде опухолей диссеминированные опухолевые клетки (ДОК) в костном мозге (КМ) – предшественники последующих отдаленных метастазов. Детекция ДОК при немелкоклеточном раке легкого (НМРЛ) позволит получить важную информацию об особенностях метастазирования и оценить возможности выявления новых мишеней для лекарственной терапии НМРЛ.  

Цель исследования – оценить возможность детекции ДОК в КМ у больных НМРЛ, а также проанализировать частоту поражения и взаимосвязь с клинико-морфологическими параметрами опухоли.  

Материалы и методы. Морфологическим и иммунологическим методами изучено 62 образца КМ пациентов с НМРЛ. Проведена оценка состояния гемопоэза в зависимости от наличия поражения КМ. С помощью проточной цитометрии выполнен анализ ДОК (FACSCanto II, США, программа Kaluza Analysis v 2.1). Применялись моноклональные антитела к СD45, цитокератинам, меченные напрямую различными флуорохромами.  

Результаты. В КМ ДОК (EPCAM+CD45–) были обнаружены у 43,5 % пациентов c НМРЛ (в качестве порогового значения приняли 1 клетку на 10 млн миелокариоцитов). Наличие ДОК не коррелировало с размером опухоли, статусом лимфатических узлов, стадией опухолевого процесса. Наибольшая частота обнаружения ДОК наблюдалась при IА- и IIА-стадии и составила 60,7 % (3/5) и 58,3 % (7/12) соответственно. Поражение КМ в 45 % (15/33) случаев наблюдалось при аденокарциноме, при плоскоклеточном раке опухолевые клетки выявлены в 37 % (10/27) образцов (р = 0,501). Установлено, что ДОК чаще выявляются при более дифференцированных опухолях (р = 0,023). Существенных корреляций между наличием ДОК в КМ и показателями миелограммы не установлено. В 4 % случаев поражения КМ наблюдалось снижение суммы клеток гранулоцитарного ростка (р = 0,036).  

Заключение. Установлена возможность детекции ДОК в КМ больных НМРЛ. Частота поражения КМ составила 43,5 %. ДОК выявлены даже на ранних стадиях НМРЛ. Обнаружена взаимосвязь поражения КМ и степени дифференцировки опухоли. В сравнении с плоскоклеточным раком легкого более частое поражение наблюдалось при аденокарциноме. 

Соблюдение прав пациентов и правил биоэтики

Протокол исследования одобрен комитетом по биомедицинской этике ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина» Минздрава России. Все пациенты подписали информированное согласие на участие в исследовании.

DISSEMINATED TUMOR CELLSBONE MARROWNON-SMALL CELL LUNG CANCERMORPHOLOGYFLOW CYTOMETRYДИССЕМИНИРОВАННЫЕ ОПУХОЛЕВЫЕ КЛЕТКИКОСТНЫЙ МОЗГНЕМЕЛКОКЛЕТОЧНЫЙ РАК ЛЕГКОГОМОРФОЛОГИЯПРОТОЧНАЯ ЦИТОМЕТРИЯAmerican Cancer Society. Cancer Fact and Figures. 2018.Sai B., Xiang J. Disseminated tumor cells in bone marrow are the source of cancer relapse after therapy. J Cell Mol Med 2018;22:5776–86. DOI: 10.1111/jcmm.13867.Pein M., Hongu T., Riedel A. et al. Metastasis-initiating cells induce and exploit a fibroblast niche to fuel malignant colonization of the lungs. Nat Commun 2020;11(1):1494. DOI: 10.1038/s41467-020-15188-x.Markina I.G., Tupitsyn N.N., Mikhailova I.N., Demidov L.V. Hematogenous tumor metastasis: key points and evolving paradigms. Immunologiya gemopoeza = Hematopoiesis Immunology 2018;6(1):109–32. (In Russ.).Маркина И.Г., Тупицын Н.Н., Михайлова И.Н., Демидов Л.В. Гематогенное метастазирование опухолей: ключевые моменты и эволюционирующие парадигмы. Иммунология гемопоэза 2018;6(1):109–32.Tupitsyn N.N. Bone marrow of a cancer patient: staging of tumors, hematopoiesis, immune system. Immunologiya gemopoeza = Hematopoiesis Immunology 2018;16(2):10–54. (In Russ.).Тупицын Н.Н. Костный мозг онкологического больного: стадирование опухолей, гемопоэз, иммунная система. Иммунология гемопоэза 2018;16(2):10–54.Ryabchikov D.A., Beznos O.A., Dudina I.A. et al. Disseminated tumor cells in patients with luminal breast cancer. Rossiyskiy bioterapevticheskiy zhurnal = Russian Biotherapeutic Journal 2018;17(1):53–7. (In Russ.).Рябчиков Д.А., Безнос О.А., Дудина И.А. и др. Диссеминированные опухолевые клетки у пациентов с люминальным раком молочной железы. Российский биотерапевтический журнал 2018;17(1):53–7. DOI: 10.17650/1726-9784-2018-17-1-53-57.Chernysheva O., Markina I., Demidov L. et al. Bone marrow involvement in melanoma. Potentials for detection of disseminated tumor cells and characterization of their subsets by flow cytometry. Cells 2019;8(6):627.DOI: 10.3390/cells8060627.Pantel K., Alix-Panabieres C. Bone marrow as a reservoir for disseminated tumor cells: a special source for liquid biopsy in cancer patients. Bonekey Rep 2014;3:584. DOI: 10.1038/bonekey.2014.79.Dasgupta A., Lim A.R., Ghajar C.M. Circulating and disseminated tumor cells: harbingers or initiators of metastasis? Mol Oncol 2017;11:40–61. DOI: 10.1002/1878-0261.12022.Zarrer J., Haider M.-T., Daniel J. et al. Pathological crosstalk between metastatic breast cancer cells and the bone microenvironment. Biomolecules 2020;10(2):337. DOI: 10.3390/biom10020337.Price T.T., Burness M.L., Sivan A. et al. Dormant breast cancer micrometastases reside in specific bone marrow niches that regulate their transit to and from bone. Sci Transl Med 2016;8(340):340ra73. DOI: 10.1126/scitranslmed.aad4059.Klein C.A. Parallel progression of primary tumours and metastases. Nat Rev Cancer 2009;9(4):302–12. DOI: 10.1038/nrc2627.Demeulemeester J., Kumar P., Møller E.K. et al. Tracing the origin of disseminated tumor cells in breast cancer using single‐cell sequencing. Genome Biol 2016;17:250. DOI: 10.1186/s13059-016-1109-7.Foulds L. The natural history of cancer. J Chronic Dis 1958;8(1):2–37. DOI: 10.1016/0021-9681(58)90039-0.Tupitsyn N.N. Circulating and disseminated tumor cells in breast cancer and ovarian cancer. Onkoginekologiya = Oncogynecology 2013;(1):12–8. (In Russ.).Тупицын Н.Н. Циркулирующие и диссеминированные раковые клетки при раке молочной железы и раке яичников. Онкогинекология 2013;(1):12–8.Besova N.S., Obarevich E.S., Davydov M.M. et al. The prognostic value of disseminated tumor cells in the bone marrow of patients with disseminated gastric cancer before the start of antitumor therapy. Farmateka 2017;17(350):62–6. (In Russ.).Бесова Н.С., Обаревич Е.С., Давыдов М.М. и др. Прогностическое значение диссеминированных опухолевых клеток в костном мозге больных диссеминированным раком желудка до начала противоопухолевой терапии. Фарматека 2017;17(350):62–6.Mohme M., Riethdorf S., Pantel K. Circulating and disseminated tumour cells – mechanisms of immune surveillance and escape. Nat Rev Clin Oncol 2017;14(3):155–67. DOI: 10.1038/nrclinonc.2016.144.Ghajar C.M. Metastasis prevention by targeting the dormant niche. Nat Rev Cancer 2015;15(4):238–47. DOI: 10.1038/nrc3910.Nicolini A., Rossi G., Ferrari P., Carpi A. Minimal residual disease in advanced or metastatic solid cancers: the G0–G1 state and immunotherapy are key to unwinding cancer complexity. Semin Cancer Biol 2020;S1044–579X(20):30075–4. DOI: 10.1016/j.semcancer.2020.03.009.Tupitsyn N.N., Mkrtchan V.A., Palladina A.D. et al. Bone marrow lymphocyte populations of innate immunity in breast cancer patients. GJMR-F 2020;20(2):20–2.Sienel W., Mecklenburg I., Dango S. et al. Detection of MAGE-A transcripts in bone marrow is an independent prognostic factor in operable non-smallcell lung cancer. Clin Cancer Res 2007;13(13):3840–7. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-06-2507.Johnson R.W., Finger E.C., Olcina M.M. et al. Induction of LIFR confers a dormancy phenotype in breast cancer cells disseminated to the bone marrow. Nat Cell Biol 2016;18(10):1078–89. DOI: 10.1038/ncb3408.