Konstrueret bryst har til formål at forbedre nanopartikeltests

Forskere fra Purdue University har reproduceret dele af det kvindelige bryst i en lille slide-størrelse model kaldet "bryst på en chip", der vil blive brugt til at teste nanopartikel-baserede tilgange til påvisning og behandling af brystkræft. Modellen efterligner det forgrenede brystkanalsystem, hvor de fleste brystkræftformer begynder, og vil tjene som et "konstrueret organ" til at studere brugen af ​​nanopartikler til at detektere og målrette tumorceller i kanalerne.

Sophie Lelièvre og James Leary ledede det team af efterforskere, der skabte bryst-på-en-chip-modellen. Detaljerne om deres arbejde fremgår af journalen Integrativ biologi .

"Vi har vidst, at den bedste måde at opdage denne kræftsygdom tidligt og behandle den effektivt ville være at komme ind i mælkekanalerne for at evaluere og behandle cellerne direkte, og dette er det første skridt i den retning, " sagde Dr. Lelièvre. Det ultimative mål med dette projekt er at introducere magnetiske nanopartikler gennem åbninger i brystvorten, bruge et magnetfelt til at lede dem gennem kanalerne, hvor de ville binde sig til kræftceller, og derefter vende magnetfeltet for at trække eventuelle overskydende nanopartikler tilbage. Nanopartiklerne kunne bære kontrastmidler for at forbedre mammografi, fluorescerende markører til at vejlede kirurger, eller anticancermidler til behandling af kræften, sagde Dr. Leary.

Læger har tidligere forsøgt at få adgang til mælkekanalerne gennem brystvorten, indsprøjtning af væskeopløsninger for at forsøge at udvaske celler, der kunne undersøges og bruges til en kræftdiagnose. Imidlertid, denne tilgang kunne kun nå den første tredjedel af brystet på grund af væsketrykket fra kanalerne, som forgrener sig og bliver mindre og mindre, når de nærmer sig kirtlerne, der producerer mælk, sagde Dr. Leary. "Idéen er, at nanopartikler med en magnetisk kerne kan flyde gennem den naturligt forekommende væske i kanalerne og blive trukket af en magnet i modsætning til at blive skubbet med tryk, " sagde han. "Vi tror, ​​de kunne nå helt til bagsiden af ​​kanalerne, hvor det menes, at de fleste brystkræftformer opstår. Selvfølgelig, vi er kun i de tidligste stadier, og der skal laves mange tests."

Sådanne test kunne ikke udføres ved hjælp af standardmodeller, der dyrker celler på tværs af en flad overflade i en plastikskål, så holdet skabte den kunstige organlignende model, hvor levende celler beklæder en tredimensionel replika af de mindste dele af brystkanalerne. Dr. Learys gruppe brugte standard litografiske teknikker til at bygge en form af forgrenede kanaler ud af et gummilignende materiale kaldet polydimethylsiloxan. Kanalerne er omkring 5 millimeter lange med forskellige diametre fra 20 mikron til 100 mikron, cirka diameteren af ​​et menneskehår, der matcher det, der findes nær enden af ​​brystkanalsystemet. Derefter, Dr. Lelièvre, hvis gruppe er en af ​​de få i verden, der med succes kan dyrke de komplicerede celler, der beklæder brystkanalerne, lokkede cellerne til at vokse i skimmelsvampen og opføre sig, som de ville i et ægte menneskebryst.

"Cellerne i brystkanalsystemet har en meget specifik organisation, som har vist sig at være svær at få i et laboratorium, " sagde Dr. Lelièvre. "Cellerne har forskellige sider, og den ene side skal vende mod kanalens væg og den anden skal vende mod den indre kanal. At gengive denne adfærd er meget udfordrende, og det var aldrig blevet opnået på en kunstig struktur før."

Holdet har belagt skimmelsvampen med et proteinbaseret stof kaldet laminin 111 som grundlag for cellerne, der gør det muligt for dem at binde sig til skimmelsvampen og opføre sig, som de ville inde i kroppen, Dr. Lelièvre sagde. Og fordi indsprøjtning af de sarte celler i de færdige kanaler i formen forårsagede for meget skade, holdet skabte en aftagelig top til kanalerne. "Designet af de U-formede kanaler og toppen var nødvendigt for, at vi kunne anvende cellerne med succes, men det giver os også mulighed for at foretage ændringer hurtigt og nemt til forskellige tests, " forklarede hun. "Vi kan nemt indføre ændringer blandt cellerne eller indsætte et par tumorceller for at teste nanopartiklernes evne til at genkende dem. Designet gør det også meget nemt at evaluere resultaterne, da hele modellen passer under et mikroskop."

Dette arbejde er beskrevet detaljeret i et papir med titlen, "Bryst på en chip:efterligning af brystets kanalsystem til udvikling af terapeutiske lægemidler. Et sammendrag af dette papir er tilgængeligt på tidsskriftets hjemmeside.