Nanosystemer fanger og ødelægger cirkulerende tumorceller

(PhysOrg.com) - Ligesom fluepapir fanger insekter, et par nanoteknologi-aktiverede enheder er i stand til at fange kræftceller i blodet, der er brudt af fra en tumor. Disse celler, kendt som cirkulerende tumorceller, eller CTC'er, kan give kritisk information til undersøgelse og diagnosticering af kræftmetastaser, bestemmelse af patientprognose, og overvågning af terapiens effektivitet.

I en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Angewandte Chemie International Edition , et team af efterforskere ved University of California, Los Angeles, udviklet en 1 til 2 centimeter siliciumchip, der er dækket med tæt pakkede nanopiller belagt med et antistof, der binder til et protein kendt som epithelial-celleadhæsionsmolekyle (EpCAM). EpCAM udtrykkes på overfladen af ​​en lang række faste-tumorceller, men ikke af celler, der normalt findes cirkulerende i blodstrømmen. Forskerteamet blev ledet af Hsian-Rong Tseng, Ph.d., medlem af Nanosystems Biology Cancer Center, et af otte centre for kræft Nanoteknologi Excellence etableret af National Cancer Institute.

For at teste celleoptagelsesydelse, forskere inkuberede nanopillar -chippen i et kulturmedium med brystkræftceller. Som kontrol, de udførte et parallelt eksperiment med en celleoptagelsesmetode, der bruger en chip med en flad overflade. Begge strukturer var belagt med anti-EpCAM, et antistofprotein, der kan hjælpe med at genkende og indfange tumorceller. Forskerne fandt ud af, at cellefangstudbyttet for UCLA nanopillar-chippen var betydeligt højere; enheden fangede 45 til 65 procent af kræftcellerne i mediet, sammenlignet med kun 4 til 14 procent for den flade enhed.

Den nuværende guldstandard for undersøgelse af tumors sygdomsstatus er en analyse af metastatiske faste biopsiprøver, men i de tidlige stadier af metastase, det er ofte svært at identificere et biopsi -sted. Ved at fange CTC'er, læger kan muligvis udføre en "flydende" biopsi, muliggør tidlig opdagelse og diagnose, samt forbedret behandlingsovervågning.

I mellemtiden, et forskerhold ledet af Vladimir Zharov, Ph.d., fra University of Arkansas for Medical Sciences (UAMS), har udviklet et system, der fanger CTC direkte i blodbanen, hvor de derefter kan fjernes ved mikrokirurgi eller ødelægges ved hjælp af en laser, der ikke skader huden eller andre væv. Dette arbejde blev offentliggjort i to artikler, en i tidsskriftet Biophotonics, den anden i tidsskriftet Nature Nanotechnology. Dr. Lily Yang, Ph.d., fra Emory University og medlem af Emory-Georgia Tech Center for Cancer Nanotechnology Excellence, deltog også i denne undersøgelse.

UAMS -systemet består af to typer nanopartikler. Den første er en magnetisk nanopartikel designet til at målrette mod et molekyle kendt som urokinase plasminogenaktivatorreceptor. Den anden nanopartikel består af forgyldte carbon-nanorør, der er målrettet mod folsyre-receptoren. Begge receptorer findes på mange typer kræftceller, men ikke på normale blodlegemer.

Efterforskerne injicerede de to nanopartikelcocktailer i mus med humane brysttumorer og ventede derefter 20 minutter, før de brugte en kombination af en magnet fastgjort til huden over perifere blodkar til at fange de mærkede tumorceller og fotoakustisk billeddannelse for at detektere de guldbelagte nanorør, der også mærke de fangede tumorceller. "Ved magnetisk at opsamle de fleste tumorceller fra blod, der cirkulerer i kar i hele kroppen, denne nye metode kan potentielt øge specificiteten og følsomheden op til 1, 000 gange i forhold til eksisterende teknologi, "Sagde Dr. Zharov.

UCLA -gruppens arbejde, som er beskrevet i et papir med titlen, "Tredimensionelle nanostrukturerede substrater mod effektiv indfangning af cirkulerende tumorceller, "blev støttet af NCI Alliance for Nanotechnology in Cancer, et omfattende initiativ designet til at fremskynde anvendelsen af ​​nanoteknologi til forebyggelse, diagnose, og behandling af kræft. Et abstract af dette papir er tilgængeligt på tidsskriftets websted.

Værket fra UAMS er detaljeret i to papirer med titlen, "In vivo magnetisk berigelse og multiplex fotoakustisk påvisning af cirkulerende tumorceller, "og" Nanoteknologi-baseret molekylær fotoakustisk og fototermisk flowcytometriplatform til in vivo-påvisning og aflivning af cirkulerende kræftstamceller. "Dette arbejde blev også delvis støttet af National Cancer Institute's Alliance for Nanotechnology in Cancer. Abstracts af disse artikler er tilgængelig på de respektive tidsskrifters websteder. [link 1, link 2]