Søstercelleprofilering har til formål at lukke kræftmetastaser

I arbejde, der kunne forbedre forståelsen af, hvordan kræft spredes, et team af ingeniører og medicinske forskere ved University of Michigan udviklede en ny slags mikrofluidisk chip, der kan fange sjældne, aggressive kræftceller, dyrke dem på chippen og frigive enkeltceller efter behov.

For første gang, de kan nemt sammenligne to forskellige "søster"-celler - født af den samme originale kræftcelle - for at undersøge, hvordan forskellige gener aktiveres og deaktiveres, når kræftceller deler sig og spredes. Undersøgelser med den nye chip kan også afsløre, hvorfor nogle kræftceller er resistente over for medicin.

Det ultimative mål med projektet - ledet af Euisik Yoon, professor i elektroteknik og datalogi – skal finde ud af, hvad der driver de "selvfornyelsesprocesser", der gør det muligt for disse aggressive kræftceller at opføre sig som stamceller.

Disse celler er kendt som kræftstamceller. De er i stand til at dele sig og blive til forskellige slags kræftceller, med forskellige gener slået til eller fra. Kræftforskere mener, at hvis de stilklignende egenskaber kan slås fra, kræften vil ikke kunne vokse og sprede sig.

"Når der dannes en tumor, nogle kræftstamceller opretholder stammen, mens andre er differentierede. Ved at forstå dette, vi vil vide mere om tumordannelse og opdage måder at hæmme den på, " sagde Yu-Chih Chen, en forsker i elektroteknik og datalogi og med-førsteforfatter på et papir nyligt offentliggjort i ACS Nano .

Basen på den nye chip er sammensat af kulstof nanorør dækket af en plastikbelægning. Når en kræftcelle sætter sig på chippen, den klæber sig til den belægning. For at frigive cellen, forskerne udstrålede ekstremt korte pulser af laserlys i nærheden af ​​det. Lyset absorberes let af kulstofnanorørene, lynopvarmning af dem, mens plastikken isolerer cellen.

Varmen får fanget luft mellem nanorørene og plastik til at udvide sig, blæser en boble under cellen. Når boblen sprænger gennem plastikken, cellen løsnes. Derefter, cellen kan skylles ud af chippen og fanges til genetisk profilering.

De fleste eksisterende metoder til at befri individuelle fangede kræftceller er enten skadelige for cellerne eller kan ikke få dem ud af chippen pålideligt. Laseren var præcis nok til at den kunne løsne den ene side af en celle, efterlader den anden side forankret.

Og bobleafløsningsprocessen var så skånsom, at selv overfladeproteiner på cellemembranen var uskadte. Overfladeproteinerne er en vigtig ikke-destruktiv vej til at identificere cancerstamceller.

For at begynde at udforske forskellene i genekspression mellem søsterceller, holdet så først på et gen kaldet Notch, som er forbundet med både normale og cancerøse stamceller. Hvis Notch blev udtrykt i dattercellerne, det var en grov indikation af, at opdelingen var selvfornyende. En Notch-positiv celle kunne fortsætte med at producere to celler, der udtrykker det samme gen, en notch-positiv og en notch-negativ, eller to Notch-negative celler.

Deres analyser viste, at Notch ikke tjener som en eneste indikator for en kræftcelles stamlignende egenskaber. Andre gener forbundet med stamceller kunne tændes eller slukkes i datterceller med enten Notch-ekspression.

Opgaven foran kræftforskere, ved hjælp af den nye chip, er at identificere, hvilke af disse gener der er afgørende for en kræftstamcelles selvfornyende evner. Hvis disse kan lukkes ned, tvinger alle kræftstamceller til kun at producere ikke-stamceller, når de deler sig, det kan være muligt at undergrave en tumors evne til at vokse og sprede sig.

"Hvis vi identificerer nogle nøglegener, eller et potentielt lægemiddelmål, så kan farmaceutiske forskere udvikle en forbindelse til at ramme dette lægemiddelmål, " sagde Chen.

Narkotikatest inspirerede Yoon til at udvikle denne chip. På tidligere chips, nogle kræft overlevede behandlinger, og han ønskede at forstå disse celler bedre.

"Nogle celler er meget modstandsdygtige; nogle dræbes let, " sagde Yoon, som også er professor i biomedicinsk teknik. "Vi ønskede at tage individuelle celler ud efter lægemiddelscreening og se på deres genetiske profiler for at se, om vi kan se, hvad der gør kræftceller stamlignende."

Fremtidige eksperimenter kan føre til, hvad nogle kræftforskere kalder "funktionelle helbredelser, " ligner håndteringen af ​​HIV. Kræften skal ikke nødvendigvis udryddes. At stoppe kræftens spredning kan være nok til at sætte en kræftpatient i stand til at leve et sundt liv.

Dette arbejde er rapporteret i et papir med titlen "Selektiv fotomekanisk løsrivelse og genfinding af delte søsterceller fra lukkede mikrofluidik til nedstrømsanalyser."