Akustisk mikrofluidisk platform adskiller forsigtigt og hurtigt cirkulerende tumorceller fra blodprøver

Ved hjælp af lydbølger, et internationalt forskerteam har udviklet en blid, kontaktfri metode til adskillelse af cirkulerende tumorceller fra blodprøver, der er hurtig og effektiv nok til klinisk brug.

Cirkulerende tumorceller (CTC'er) er små stykker af en tumor, der bryder væk og strømmer gennem blodbanen. De indeholder et væld af oplysninger om tumoren, såsom dens type, fysiske egenskaber og genetiske mutationer.

Evnen til hurtigt og effektivt at høste og dyrke disse celler fra en blodprøve ville muliggøre "flydende biopsier", der er i stand til at stille en robust diagnose, prognose og forslag til behandlingsstrategier baseret på individuel CTC -profilering.

CTC'er er, imidlertid, ekstremt sjælden og svær at fange. Der er typisk kun en håndfuld for hvert par milliarder blodlegemer, der løber gennem en patients vener. Og selvom der er mange teknologier designet til at adskille tumorceller fra normale blodlegemer, ingen af ​​dem er perfekte. De har en tendens til at beskadige eller dræbe cellerne i processen, mangler effektivitet, kun arbejde med bestemte former for kræft, eller tager alt for lang tid at blive brugt i mange situationer.

I en ny undersøgelse, forskere fra Duke University, MIT og Nanyang Technological University (Singapore) demonstrerer en platform baseret på lydbølger, der er i stand til at adskille CTC'er fra et 7,5 ml hætteglas blod med mindst 86 procent effektivitet på mindre end en time. Med yderligere forbedringer, forskerne håber, at teknologien vil danne grundlag for en ny test gennem en billig, engangs chip.

Resultaterne vises 3. juli i journalen Lille .

Hvert år kræver kræft livet for millioner af mennesker rundt om i verden, og forskere søger stadig efter bedre værktøjer til kræftdiagnose, prognose og behandling, "sagde Tony Jun Huang, William Bevan professor i maskinteknik og materialevidenskab ved Duke.

"Biopsi er guldstandardteknikken til kræftdiagnose, "Sagde Huang." Men det er smertefuldt og invasivt og administreres ofte først sent i kræftens udvikling. Med vores cirkulerende tumorcelleseparationsteknologi, vi kan muligvis hjælpe med at finde ud af, på en ikke-invasiv måde, om patienten har kræft, hvor kræften befinder sig på hvilket stadie det er og hvilke stoffer der ville fungere bedst. Alt sammen fra en lille blodprøve fra patienten. "

Teknologien fungerer ved at oprette en stående lydbølge i en vinkel på en væske, der strømmer gennem en lille kanal. Fordi lyd ikke er mere end en trykbølge, dette opretter lommer med tryk, der skubber på partikler suspenderet i væsken, når de passerer. Denne akustiske kraft virker stærkere på de større, mere stive kræftceller end på normale blodlegemer skubber CTC'erne ind i en separat kanal til indsamling.

Lydbølgernes effektintensitet og frekvens ligner dem, der bruges ved ultralydsbilleddannelse, som bruges sikkert i talrige medicinske procedurer. Risikoen for beskadigelse af CTC'erne reduceres yderligere, fordi hver celle kun oplever den akustiske bølge i kun en brøkdel af et sekund og ikke kræver mærkning eller overflademodifikation. Disse funktioner giver teknikken den bedst mulige chance for at opretholde CTC'ernes funktioner og indfødte tilstande.

Fremgangsmåden blev første gang demonstreret for tre år siden i en proof-of-concept undersøgelse og er siden blevet forbedret til det punkt, hvor den kunne være nyttig i kliniske omgivelser. Resultatet er en prototype -enhed, der behandler væske med en hastighed på 7,5 ml/time, syv gange hurtigere end originalen, uden at ofre nogen af ​​dens 86 procent effektivitet eller mange fordele i forhold til andre metoder.

"Det største aktiv ved denne akustiske adskillelsesmetode er, at det er meget skånsomt for de cirkulerende tumorceller, "sagde Andrew Armstrong, lektor i medicin, kirurgi, og farmakologi og kræftbiologi ved Duke University School of Medicine. "Kræftcellerne forbliver levedygtige efter at have passeret chippen og kan karakteriseres, dyrket eller profileret, som giver os mulighed for at lave genotyper eller fænotyper for bedre at forstå, hvordan vi dræber dem. "

"Ideen er at udvikle tilpassede medicinske metoder til individuelle patienter baseret på deres kræftbiologi, ligner, hvad læger af infektionssygdomme gør med bakteriekulturer og antibiotika, "Sagde Armstrong.

I avisen, Armstrong demonstrerede teknologien til at indsamle cirkulerende tumorceller fra mænd med prostatakræft og profilerede dem med succes for en række markører og kortsigtede vækstegenskaber. Forskerne viser, at CTC'er fra patienter varierer meget i deres udtryk for centrale mål for terapi, såsom prostata-specifikt membranantigen (PSMA), som almindeligvis bruges til billeddannelse og til målretning af prostatakræft i klinikken.

Bevæger sig fremad, Huang fortsætter med at udvikle teknologien til at øge både hastigheden og effektiviteten, mens Armstrong arbejder på at etablere teknikkens gennemførlighed i en række dyrknings- og profileringsprojekter for at vise dets potentiale for klinisk effekt. Parret vil også bruge teknologien i en række forskellige forskningsprojekter, såsom at arbejde med at forstå, hvad der gør det muligt for CTC’er at overleve i blodbanen og metastasere, eller spredt i hele kroppen.

"Den eneste FDA-godkendte teknologi til CTC-detektion kan kun tælle og foretage grundlæggende karakteriseringer af CTC'er, men kan ikke vokse CTC'er uden for kroppen, fordi det i grunden dræber cellerne i processen, "Armstrong sagde." At være i stand til at komme til disse celler, mens de stadig er i live, giver os i det mindste en chance for at dyrke dem eller profilere dem uden for kroppen til at udføre de typer lægemiddelsensitivitet og genetiske test, der bedre kan informere terapien. "