Indfangning af kræft:Flydende biopsi kan forbedre kræftdiagnose og behandling

(Phys.org) – En mikrofluidisk chip udviklet ved University of Michigan er blandt de bedste til at fange undvigende cirkulerende tumorceller fra blod – og den kan understøtte cellernes vækst til yderligere analyse.

Enheden, menes at være den første til at parre disse funktioner, bruger det avancerede elektronikmateriale grafenoxid. I klinikker, sådan en enhed kunne en dag hjælpe læger med at diagnosticere kræft, give mere præcise prognoser og teste behandlingsmuligheder på dyrkede celler uden at udsætte patienter for traditionelle biopsier.

"Hvis vi kan få disse teknologier til at virke, det vil fremme nye kræftlægemidler og revolutionere behandlingen af ​​kræftpatienter, " sagde Dr. Max Wicha, direktør for U-M Cancer Center og medforfatter til et papir om den nye enhed, offentliggjort online i denne uge i Natur nanoteknologi .

"Cirkulerende tumorceller vil spille en væsentlig rolle i den tidlige diagnose af kræft og for at hjælpe os med at forstå, om behandlinger virker hos vores kræftpatienter, ved at tjene som en 'flydende' biopsi for at vurdere behandlingsreaktioner i realtid, " sagde medforfatter Dr. Diane Simeone, Lazar J. Greenfield professor i kirurgi ved U-M Medical School og direktør for Translational Oncology Program.

"Undersøgelser af cirkulerende tumorceller vil også hjælpe os med at forstå de grundlæggende biologiske mekanismer, hvorved kræftceller metastaserer eller spredes til fjerne organer - den vigtigste dødsårsag hos kræftpatienter."

Alligevel lever disse celler ikke op til deres løfte inden for medicin, fordi de er så svære at adskille fra en blodprøve, siger forskerne. I blodet hos tidlige kræftpatienter, de tegner sig for mindre end én ud af hver milliard celler, så det er sværere at fange dem end at finde den ordsprogede nål i en høstak.

"Jeg kan brænde høstakken eller bruge en kæmpe magnet, " sagde Sunitha Nagrath, en adjunkt i kemiteknik, der ledede forskningen. "Når det kommer til cirkulerende tumorceller, de ligner næsten - føles som - enhver anden blodcelle."

På deres mikrofluidchip, Nagraths team dyrkede tætte skove af molekylære kæder, hver udstyret med et antistof til at gribe ind i kræftceller.

Selv efter at cellerne er fanget, det er stadig svært at lave en robust analyse på kun en håndfuld af dem, siger forskerne. Det er derfor denne demonstration af meget følsom tumorcelleindfangning, kombineret med evnen til at dyrke cellerne i den samme enhed, er så lovende.

Hyeun Joong Yoon, en postdoc-forsker i Nagrath-laboratoriet med en baggrund i elektroteknik, var medvirkende til at lave den mikrofluidiske chip. Han startede med en siliciumbase og tilføjede et gitter på næsten 60, 000 flade guldformer, som fire-bladede blomster, hver ikke bredere end et hårstrå.

Guldblomsterne tiltrak naturligvis et relativt nyt materiale kaldet grafenoxid. Disse plader af kulstof og ilt, kun et par atomer tykke, lagde sig over guldet. Denne lagdelte formation tillod holdet at dyrke de tumorcellefangende molekylære kæder så tæt.

"Det er næsten som om hver grafen har mange nano-arme til at fange celler, " sagde Nagrath.

For at teste enheden, holdet kørte en milliliter blodprøver gennem chippens tynde kammer. Selv da de kun havde tilføjet tre til fem kræftceller til de 5-10 milliarder blodceller, chippen var i stand til at fange alle cellerne i prøven halvdelen af ​​tiden, med et gennemsnit på 73 procent over 10 forsøg.

"Det er det højeste, nogen har vist i litteraturen for tilsætning af et så lavt antal celler, " sagde Nagrath.

Holdet talte de fangede kræftceller ved at mærke dem med fluorescerende molekyler og se dem gennem et mikroskop. Disse tags gjorde kræftcellerne nemme at skelne fra tilfældigt fangede blodceller. De dyrkede også brystkræftceller over seks dage, ved hjælp af et elektronmikroskop for at se, hvordan de spreder sig over guldblomsterne.

"Når du har individuelle celler, mængden af ​​materiale i hver celle er ofte så lille, at det er svært at udvikle molekylære analyser, " sagde Wicha. "Denne enhed gør det muligt for cellerne at blive dyrket i større mængder, så du lettere kan lave en genetisk analyse."

Chippen kunne fange bugspytkirtel, bryst- og lungekræftceller fra patientprøver. Nagrath var overrasket over, at enheden var i stand til at fange omkring fire tumorceller pr. milliliter blod fra lungekræftpatienter, selvom de havde den tidlige fase af sygdommen.

Arbejder i et team, der omfatter både ingeniører og medicinske fagfolk på U-M, Nagrath er optimistisk om, at den nye teknik kan nå klinikker om tre år.

Artiklen har titlen "Sensitiv indfangning af cirkulerende tumorceller ved hjælp af funktionaliserede grafenoxid-nanoark." Universitetet forfølger patentbeskyttelse for den intellektuelle ejendomsret og søger kommercialiseringspartnere til at hjælpe med at bringe teknologien på markedet.