Tumor-på-en-chip-teknologi giver ny retning

Et toårigt samarbejde mellem Chan og Rocheleau-laboratorierne ved Institute of Biomaterials &Biomedical Engineering (IBBME) har ført til udviklingen af ​​en ny mikrofluidik-screeningsplatform, der nøjagtigt kan forudsige, hvordan nanopartikler vil opføre sig i en levende krop.

Nanopartikler bliver set af videnskabsmænd som et potentielt kraftfuldt værktøj til personlig kræftbehandling. De små partikler, varierende i størrelse fra 10 til 100 nanometer (et sted i størrelse mellem et stort protein til et lille virus), kan anvendes til at skitsere tumorer eller til at levere kemoterapimedicin direkte til kræftceller med mere styrke og færre bivirkninger end almindelige leveringsmetoder.

Men lektor Jonathan Rocheleau, kernefakultet ved Institute of Biomaterials &Biomedical Engineering (IBBME), krydsudnævnt til Institut for Fysiologi og Medicin, Division of Endocrinology &Metabolism og en tilsvarende forfatter til undersøgelsen udgivet i Nature Communications i sidste uge, forklaret, at den nye platform udfylder nogle af de grelle huller i den nuværende nanoteknologiske forskning.

Tit, overfladerne af disse små partikler behandles for at få dem til at klæbe til bestemte celler, en effekt, som har en tendens til at virke meget godt, når man studerer partiklerne i petriskålskulturer. "Det, vi viste, var, at nanopartiklerne mødes med en cellemasse og klæber så stærkt til de ydre celler, de er ikke i stand til at trænge ind i vævet. Det får dig til at tænke på at designe dine nanopartikler på en anden måde, " sagde Rocheleau.

Bortset fra petriskålskulturer, livetestning har været den eneste anden metode til at studere nanopartiklers bevægelser og interaktioner med cellemasser. Men som en af ​​avisens hovedforfattere, Ph.d.-kandidat Alex Albanese, forklaret, "Hvis vi skulle injicere nanopartikler i mus, ville det være som at kaste et papirfly med bind for øjnene. Vi ser, hvor det lander, men vi er ikke rigtig sikre på flyvemønsteret."

Og indtil nu, der har ikke været nogen mellemvej.

'Middle ground' er præcis, hvad Albanese og medforfatter, Dr. Alan Lam, en nyuddannet fra IBBME, har designet. Forskerne placerede levende sfæroidvæv, væv, der efterligner egenskaberne af kræftsvulster, ind i en lille, tomme-langt kammer, gennem hvilket en saltvandsopløsning konstant blev strømmet. Den flydende væske gjorde det muligt for forskerne at studere sfæroiderne i miljøer svarende til dem, der findes i tumorer. Fluorescerende nanopartikler blev derefter sprøjtet ind i kammeret, giver holdet mulighed for at måle, hvor mange af nanopartiklerne, der trængte ind i vævet, hvor de samlede sig, og effekten af ​​væskens hastighed på nanopartiklernes bevægelser.

Eksperimenterne forudsagde, hvordan nanopartiklerne ville opføre sig i større, levende modeller, med resultater tilgængelige inden for en time i stedet for uger.

"Tumoren-på-en-chip giver os mulighed for at smugkigge på papirflyene, før de lander, " beskrev Albanese.

Selvom dette kun er første gang, mikrofluidik teknologiplatform er blevet brugt til at studere virkningerne af nanopartikler på et levende tumorvæv, forskerne var overraskede over, hvor simpel teknologien potentielt kan gøre kræftscreening og behandling.

"Biopsier kan dyrkes ind i disse væv og placeres i kanalen. Så kan vi finde ud af, hvilke nanopartikler der virker og putte dem ind i patienter, " forklarede Rocheleau.

Studiets forfattere indrømmer, at der stadig er stor afstand mellem denne foreløbige undersøgelse og fremtidige undersøgelser, der kan perfektionere designet af nanopartiklerne, såvel som deres effektivitet med forskellige tumorvæv, organer og hele kroppen.

"Computere er kommet langt siden 1960'erne. Lige nu, vi er stadig i 1960'erne med personlig medicin, " argumenterede Albanese.

For Rocheleau, selvom, undersøgelsen peger på et gennembrud i den måde, forskere tackler komplekse biomedicinske udfordringer på.

"Det, der gør dette projekt unikt, er, hvor tværfagligt det er, " sagde han. "Dette er meget forskellige teknikker og værktøjer, der samles for at løse et problem, og dette projekt ville ikke have fundet sted uden ekspertisen fra to unikke mennesker og laboratorier, og hvor længe de holdt det ud."