Mikrofluidisk anordning simulerer kræftbehandling lige så effektivt som forskningsdyr

En ny teknologi, der simulerer tumorer, har vist sig at fungere lige så godt som at forske dyr i at teste kemoterapimedicin, repræsenterer et potentielt værktøj til screening af lægemidler før behandling af en patient.

Et langsigtet mål er at inkorporere biopsierede cancerceller fra patienter og teste effektiviteten af ​​forskellige lægemidler på de patient-afledte celler, sagde Bumsoo Han, en Purdue University professor i mekanisk og biomedicinsk teknik.

"Der er mange forskellige typer kemoterapimedicin, så klinikere kan være i stand til at indsnævre, hvilke der sandsynligvis vil være mere effektive end andre, " sagde han. "Succesfuld lægemiddellevering og overvindelse af lægemiddelresistens er de primære kliniske udfordringer for håndtering og behandling af kræft. For at løse dette problem, vi udviklede tumor-mikromiljø-på-chip (T-MOC)."

Enheden er omkring 4,5 centimeter (1,8 tommer) kvadratisk og indeholder "mikrofluidiske" kanaler, hvor cancerceller dyrkes i en tredimensionel "ekstracellulær matrix, " et stilladslignende materiale fundet mellem celler i levende væv. Eksperimenterne inkorporerer også "interstitiel væske, " som findes inde i tumorer og menes at være en barriere for lægemiddellevering.

Et sådant værktøj kunne bruges til "præcisionsmedicin, " hvor lægemiddelbehandling er skræddersyet til individuelle patienter og visse kræfttyper. Lægemiddelresistens og forskellige undertyper af tumorer repræsenterer kritiske flaskehalse for effektiv kemoterapi. Kræftceller producerer multiresistente proteiner, der pumper anti-cancer-lægemidlerne ud af cellerne, hjælpe dem med at overleve kemoterapibehandling.

Forskningen har til formål at udvikle en lægemiddelscreeningsplatform til at efterligne disse multiple lægemiddelresistensmekanismer, samt at validere resultaterne i forhold til den nuværende guldstandard, forskning med små dyr, sagde Han.

Nye forskningsresultater blev beskrevet i et papir, der skal offentliggøres i november i Journal of Controlled Release . Artiklens hovedforfatter er Purdue postdoktorale forskningsassocierede Altug Ozcelikkale.

Forskerne brugte det almindelige kemoterapi-lægemiddel doxorubicin og testede også forskellen mellem doxorubicin i konventionel form versus en formulering af nanopartikler.

Artiklen var medforfatter af forskere tilknyttet Purdue's School of Mechanical Engineering, Institut for Komparativ Patobiologi, Center for Kræftforskning, Weldon School of Biomedical Engineering og Birck Nanotechnology Center; Indiana Universitys afdeling for farmakologi og toksikologi; og det biomedicinske forskningsinstitut ved Korea Institute of Science and Technology. En liste over medforfattere er inkluderet i abstraktet.

Forskerne har tidligere vist, at T-MOC-enheden var i stand til at skelne mellem forskellige typer kræftceller. I de nye resultater, holdet viste, at T-MOC udførte såvel som forskning mus i at teste effektiviteten af ​​anti-cancer lægemidler på to typer brystkræftceller, kaldet MCF-7 og MDA-MB-231. I øvrigt, den molekylære mekanisme for doxorubicinresistens var i overensstemmelse med musens, sagde Han.

Resultaterne viste også, at T-MOC er i stand til at simulere "plasma clearance, "en kropsreaktion, hvor kræftmedicin filtreres af leveren og nyrerne, tillader kun en lille mængde at nå tumoren.

Begge cellelinjer dyrket på T-MOC viste øget resistens over for lægemidlerne sammenlignet med celler dyrket på en standard flad petriskålkultur, matcher resultaterne med mus og foreslår et mere naturtro resultat.

"Dette bekræfter T-MOC's forudsigelige evne til in vivo lægemiddelrespons, Han sagde. "Denne indledende karakterisering af T-MOC indikerer dets transformative potentiale til at teste lægemiddeleffektivitet."

Fremtidigt arbejde vil udvide forskningen i forskellige kræfttyper, herunder bugspytkirtel- og prostatacancer.