Udvikling af et nyt spin til sygdomsdiagnostik

Forskere ved National University of Singapore har skabt en ny platform med potentiale til at udvinde små cirkulerende biomarkører for sygdom fra patientblod. Denne enkle, hurtig og bekvem teknik kunne hjælpe med at realisere flydende biopsidiagnostik - en mindre invasiv procedure end den nuværende guldstandard:tumorbiopsier. Detaljer om den nye teknik, som bruger standard laboratorieudstyr, er rapporteret i denne uge i Biomikrofluidik .

Ekstracellulære vesikler er cellebudbringere, der kan findes i blod. Ved kræft, kardiovaskulære og blodsygdomme, vesikler transporterer specifikke sygdomsrelaterede molekyler (biomarkører), som kan bruges til at diagnosticere disse sygdomme. Imidlertid, det er svært at isolere vesikler fra blod, fordi de er små partikler, kun 30-1, 000 nanometer i størrelse.

Nuværende ekstraktionsmetoder er klinisk kedelige, tidskrævende og dyrt, med lav gennemstrømning og dårlig ekstraktrenhed. I denne forskning, forskere brugte en mikrofluidisk centrifugalteknik, hvor en roterende rotor genererer tryk, tvinger patientens blodprøve til at strømme gennem mikroskopiske kanaler på en specielt designet mikrofluidisk chip. Centrifugalkraften, der driver denne ekstraktion, svarer til den G-kraft, man oplever, når man kører i en rutsjebane, kun meget stærkere.

En blodprøve tilsættes først til chippens indløb, og derefter placeres chippen i den centrifugale nanopartikelseparations- og ekstraktionsplatform (μCENSE). μCENSE fyldes derefter i en standard laboratoriebordscentrifuge og centrifugeres. Det tager mindre end otte minutter for blodet og vesiklerne at adskille, og ekstrakt kan fjernes fra chipudløbet. Dette er hundrede gange hurtigere end den højhastigheds-ultracentrifugalmetode, der er blevet brugt tidligere. μCENSE platformen blev designet til at øge det eksterne kraftfelt inden for en mindre radius, minimerer centrifugalkraften og tidskravene.

"Når vi drejer den mikrofluidiske chip, prøven i indløbet begynder at migrere eller bevæge sig ind i denne buede kanal, " sagde Chwee Teck Lim, holdets studieleder. "Når der, centrifugalkræfterne begynder at adskille de mindre vesikler fra de større partikler, fordi kræfterne, der virker på vesikler af forskellig størrelse, er forskellige. Så, når de bevæger sig fra indløb til udløb, de begynder at adskilles i forskellige zoner. De mindre partikler forbliver i nærheden af ​​kanalens indre væg, og de større partikler bevæger sig mod kanalens ydre væg, og dette adskiller dem i to udløb." Denne proces ligner, hvordan en separator roterer for at fjerne fløde fra toppen af ​​mælken.

Når det først er isoleret, kan vesiklernes molekylære indhold testes for visse biomarkører for sygdom. Denne proces omfatter undersøgelse af nukleinsyre- og proteinindholdet. Til denne undersøgelse, gruppen demonstrerede med succes, at μCENSE var i stand til at adskille og berige vesikler fra flydende medium udsat for celler dyrket i et laboratorium, ved at vise, at proteinbiomarkøren for vesikler, CD63, var til stede.

μCENSE-platformen er meget alsidig til manipulationer i flere mikroskalaer, da den mikrofluidiske chip kan redesignes til den nanopartikel, der skal udvindes.

I øjeblikket, Lims gruppe er ved at udvikle prototypechipdesignet for at øge dets gennemløb, og strømline til klinisk testning. "Vi ser allerede på at forsøge at gennemføre et forsøg på kliniske prøver fra patienter, " sagde Lim. Til sidst, han håber at bruge denne teknik til at identificere, hvilke biomarkører der vil være nyttige til at opdage kræft.