Wissenschaftler entwickeln Technologie erfassen Tumorzellen: Mikrofluidik-Gerät kann helfen, die Forscher besser verstehen, metastasierendem Krebs

Statt der Suche nach einer Nadel im Heuhaufen, was ist, wenn Sie in der Lage waren, zu fegen den ganzen Heuhaufen auf der einen Seite, so dass nur die Nadel hinter? Das ist die Strategie, die Forscher in der University of Georgia, College of Engineering folgte die Entwicklung einer neuen, mikrofluidischen Gerät, das trennt sich schwer von zirkulierenden Tumorzellen (CTCs) aus einer Probe von Blut.

CTCs brechen Weg von krebsartigen Tumoren und fließen durch den Blutkreislauf, wodurch möglicherweise neue Metastasen. Die isolation von CTCs aus dem Blut stellt eine minimal-invasive alternative für grundlegende Verständnis, die Diagnose und Prognose von metastasierendem Krebs. Aber die meisten Studien sind begrenzt durch die technischen Herausforderungen bei der Erfassung intakte und lebensfähige CTCs mit minimaler Kontamination.

„Ein typisches Beispiel von 7 bis 10 Milliliter Blut enthält möglicherweise nur wenige CTCs“, sagte Leidong Mao, ein professor in der UGA School of Electrical and Computer Engineering und im Projekt principal investigator. „Sie sind versteckt in Vollblut mit Millionen von weißen Blutkörperchen. Es ist eine Herausforderung, um unsere Hände auf genug CTCs so können die Wissenschaftler studieren und zu verstehen.“

Zirkulierende Tumorzellen sind auch schwer zu isolieren, da in einer Stichprobe von ein paar hundert CTCs, die einzelnen Zellen kann viele Eigenschaften. Einige ähneln Hautzellen, während andere ähneln Muskelzellen. Sie können auch variieren stark in der Größe.

„Die Menschen oft zu vergleichen, finden CTCs der Suche nach einer Nadel in einem Heuhaufen“, sagte Mao. „Aber manchmal ist die Nadel noch nicht einmal eine Nadel.“

Um schnell und effizient zu isolieren, diese seltenen Zellen für die Analyse, Mao und sein team haben eine neue Mikrofluidik-chip, der fängt fast jeder CTC in einer Blutprobe – mehr als 99% — zu einem deutlich höheren Anteil als die meisten der vorhandenen Technologien.

Das team nennt seine neuartige Methode zur CTC-Erkennung „integriert ferrohydrodynamic Trennung der Zellen“ oder iFCS. Sie beschreiben Ihre Ergebnisse in einer Studie veröffentlicht in der Royal Society of Chemistry Lab on a Chip.

Das neue Gerät könnte „transformative“ in der Behandlung von Brustkrebs, laut Melissa Davis, assistant professor für Zell-und Entwicklungsbiologie am Weill Cornell Medizin und von einem Mitarbeiter an dem Projekt.

„Die ärzte können nur behandeln, was Sie erkennen,“ sagte Davis. „Wir können oft nicht erkennen, bestimmte Subtypen von CTCs, aber mit dem iFCS-Gerät-wir erfassen alle Subtypen von CTCs und selbst bestimmen, welche Subtypen sind die meisten Informationen über Rückfall und Fortschreiten der Krankheit.“

Davis glaubt, das Gerät kann letztlich ermöglichen es ärzten, um zu Messen, einen Patienten als Reaktion auf bestimmte Behandlungen viel früher als derzeit möglich ist.

Während die meisten Bemühungen zu erfassen zirkulierenden Tumorzellen konzentrieren sich auf das identifizieren und isolieren, die nur wenige CTCs lauern in einer Blutprobe, das iFCS nimmt einen völlig anderen Ansatz durch die Beseitigung alles, was in der Probe, die keine zirkulierenden Tumorzellen.

Das Gerät, ungefähr von der Größe eines USB-Laufwerks, funktioniert mit Trichterbildung Blut durch die Kanäle im Durchmesser kleiner als ein menschliches Haar. Vorbereiten von Blut für die Analyse, das team fügt micron-sized magnetic beads zu den Proben. Die weißen Blutkörperchen in der Probe anlagern, um diese Perlen. Als Blut fließt durch das Gerät, die Magnete auf der Ober-und Unterseite des chip ziehen, die weißen Blutkörperchen und deren magnetische Perlen, die nach unten einen bestimmten Kanal, während die zirkulierenden Tumorzellen weiter in einen anderen Kanal.

Das Gerät vereint drei Schritte in einem Mikrofluidik-chip, ein weiterer Fortschritt gegenüber bestehenden Technologien, erfordern separate Geräte für die verschiedenen Schritte im Prozess.

„Der erste Schritt ist ein filter, der entfernt große Schmutzteile im Blut“, sagte Yang Liu, Doktorand in UGA ‚ s department Chemie und das Papier ist co-lead Autor. „Der zweite Teil verbraucht zusätzliche magnetische Perlen, und die Mehrheit der weißen Blutkörperchen. Der Dritte Teil ist so konzipiert, um den Fokus übrigen weißen Blutkörperchen, um die Mitte des Kanals und drücken CTCs zu den Seitenwänden.“

Wujun Zhao Papier andere führen Autor. Zhao, ein post-doc-Stipendiat am Lawrence Berkeley National Laboratory, arbeitete an dem Projekt während seiner Promotion in Chemie an der UGA.

„Der Erfolg unseres integrierten Gerät ist, dass es die Fähigkeit hat, zu bereichern fast alle CTCs unabhängig von Ihrer Größe Profil-oder antigen-expression“, sagte Zhao. „Unsere Ergebnisse haben das Potenzial für die Krebs-Forschung mit wichtigen Informationen, die vermisst werden könnte durch die aktuelle protein-basierte oder Größe-basierten Optimierungs-Technologien.“

Die Forscher sagen, dass Ihre nächsten Schritte beinhalten die Automatisierung der iFCS und machen es benutzerfreundlich für den klinischen Einstellungen. Sie müssen auch, um das Gerät auf Herz und Nieren in Patienten-Studien. Mao und seine Kollegen hoffen, zusätzliche Mitarbeiter werden sich Ihnen anschließen und verleihen Ihr Fachwissen in das Projekt.