Microfluidic isolation and characterisation of bladder cancer cells from urine for early and non-invasive diagnosis of bladder cancer

Catarina Filipa Matoso Abreu

Key information

Authors:

Catarina Filipa Matoso Abreu (Catarina Filipa Matoso Abreu)

Supervisors:

Marta Isabel Abreu Oliveira; Susana Isabel Pinheiro Cardoso de Freitas (Susana Isabel Pinheiro Cardoso de Freitas)

Published in

October 24, 2016

Abstract

O cancro da bexiga apresenta uma das maiores taxas de recorrência, requerendo vigilância apertada. Métodos atuais de diagnóstico consistem em cistoscopia e citologia urinária, contudo apresentam severas limitações. Por conseguinte, novas metodologias capazes de identificar precocemente e caracterizar diversos tipos de cancro da bexiga assim como o seu potencial biológico são urgentemente necessários. Neste projeto, células cancerígenas provenientes de fluídos corporais de pacientes com cancro da bexiga foram isoladas e caracterizadas através uma plataforma microfluídica, de acordo com o seu tamanho e deformabilidade, independentemente do seu fenótipo. Resultados mostram que em controlos de populações mistas de células tumorais da bexiga HT1376 e células mononucleares do sangue periférico, a plataforma obteve um rendimento de captura de aproximadamente 50% e um fator de concentração de 22. Adicionalmente, amostras de lavado vesical e urina de pacientes com cancro de bexiga submetidos a ressecção tumoral foram avaliadas por imunocitoquímica na plataforma com os seguintes marcadores: pancitoqueratina (epitelial), vimentina (mesenquimal), survivina (malignidade), DAPI (nuclear) e CD45 (leucócito). Células expressando survivina, pancitoqueratina e vimentina foram detetadas em amostras de lavado vesical e urina de um paciente diagnosticado carcinoma urotelial papilar de alto grau (estadio Ta). Por sua vez, para outro paciente com carcinoma de baixo grau, survivina não foi detetada em nenhuma amostra e vimentina apenas foi expressa em células de lavado vesical. Resumindo, estes resultados revelaram a existência de diversidade fenotípica em células cancerígenas de fluídos corporais, potencialmente relevante para definição de tratamento e monitorização de cancro da bexiga através de biopsia líquida. Bladder cancer has one of the highest recurrence rates among cancers and requires lifelong surveillance. Cystoscopy and urine cytology are the “gold standard” for bladder cancer detection but have well-known limitations. Thus, new methodologies to early identify and characterise various bladder cancers and their true biological potential are urgently needed. In this work, rare tumour-associated cells from body fluids of bladder cancer patients were isolated and characterised, using a microfluidic device. Importantly, cell capture was based on deformability and size, so that all cancer cells were trapped, regardless of their phenotype. Results show that in spiking experiments of HT1376 bladder cancer cells with peripheral blood mononuclear cells, the microfluidic platform reached an isolation efficiency of around 50% and an enrichment ratio of 22. Additionally, bladder wash and urine samples collected from bladder cancer patients subjected to transurethral resection were immunostained in situ with the following identifying markers: pan-cytokeratin (epithelial), vimentin (mesenchymal), survivin (malignancy), DAPI (nucleus) and CD45 (leukocyte). Notably, survivin, pan-cytokeratin and vimentin positive cells were found both in bladder wash and urine samples of a patient diagnosed with high-grade non-invasive papillary urothelial carcinoma (stage Ta). In contrast, for another patient diagnosed with low-grade carcinoma, survivin could not be detected in any sample, and vimentin positive cells were only present in the bladder wash. Overall, our findings revealed the phenotypic diversity of cancer cells in body fluids, likely relevant for patient treatment and follow up and pave the way for the realisation of a liquid biopsy for bladder cancer.