Dispositivo Medusa di ispirazione che cattura le cellule tumorali da campioni di sangue potrebbe consentire un migliore monitoraggio dei pazienti

Marzo 30, 2016 Admin Salute 0 2
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Molti scienziati stanno ora lavorando su dispositivi microfluidici che possono isolare cellule tumorali circolanti (CTC), ma la maggior parte di queste hanno due limiti principali: Ci vuole troppo tempo per elaborare una quantità sufficiente di sangue, e non c'è buon modo per estrarre le cellule tumorali per analisi dopo la loro cattura.

Un nuovo dispositivo di ricercatori del MIT e Brigham and Women Hospital supera questi ostacoli. Ispirato dai tentacoli di una medusa, il team rivestito un canale microfluidica con lunghi filamenti di DNA che afferrano specifiche proteine ​​presenti sulla superficie delle cellule leucemiche mentre fluiscono da. Usando questa strategia, i ricercatori hanno raggiunto portate 10 volte superiore rispetto ai dispositivi esistenti - abbastanza veloce per rendere i sistemi pratici per l'uso clinico.




Utilizzando questa tecnologia, descritto nel numero di questa settimana di Proceedings of National Academy of Sciences, i medici potrebbero monitorare i pazienti affetti da cancro per determinare se il trattamento sta funzionando.

"Se tu avessi un test rapido che potrebbe dirvi se ci sono più o meno di queste cellule nel tempo, che avrebbe aiutato a monitorare la progressione della terapia e la progressione della malattia", dice Jeff Karp, professore associato di medicina presso la Harvard Medical School e co-direttore del Center for Regenerative Therapeutics presso il Brigham and Women Hospital di Boston.

Questo tipo di dispositivo può anche consentire trattamenti personalizzati: volta che le cellule sono isolate da un paziente, i medici potrebbe testare farmaci diversi su di loro per determinare quali sono i più efficaci.

La nuova tecnologia è nato da una collaborazione tra il laboratorio di Karp e quello di Rohit Karnik, professore associato di ingegneria meccanica al MIT. Autori di portare la carta sono Weian Zhao, un ex postdoc nel laboratorio di Karp e ora un assistente professore presso l'Università di California a Irvine; Cheryl Cui, uno studente laureato nella divisione Harvard-MIT di Scienze della Salute e della tecnologia; e Suman Bose, uno studente laureato nel laboratorio di Karnik.

DNA 'tentacoli'

Il numero di CTC trovato in un millilitro di sangue di un paziente può variare da pochi a diverse migliaia. Per isolare queste cellule rare, i ricercatori hanno cercato di costruire canali microfluidica punteggiate con anticorpi specifici per una proteina presente sulle cellule bersaglio. Tuttavia, poiché gli anticorpi estendono solo decine di nanometri dal fondo del canale, la cattura di cellule dagli anticorpi è lento.

Per estendere la portata delle molecole di cattura, squadra Karp e Karnik di imitava i tentacoli di medusa, creando lunghi filamenti di ripetere sequenze di DNA. Tali sequenze, note come aptameri, bersaglio una proteina presente in gran numero sulle cellule leucemiche.

I filamenti di DNA sono attaccate ad un microcanali con una spina di pesce sul suo pavimento. Tali creste fantasia causano il sangue per turbolenza che scorre attraverso il canale, migliorando le possibilità che singole celle potrebbero venire a contatto con i tentacoli, che si estendono centinaia di micron nel canale. Questo permette ai ricercatori di aumentare la velocità del flusso di sangue.

"Normalmente ciò che accade ad alte portate è le cellule in realtà non si avvicinano alla superficie, ed è molto difficile per catturare le cellule bersaglio", spiega Karnik. "Ma questa combinazione di queste scanalature a spina di pesce per miscelare la soluzione e portare le cellule a contatto con superfici, più avendo aptameri che sono spuntava nella soluzione, consente molto elevati tassi di cattura a portate molto elevate."

Le portate del nuovo dispositivo sono 10 volte superiori a quelli riportati per i dispositivi precedenti, e il sistema può catturare 60 a 80 per cento delle cellule bersaglio. Nel modello attuale, che misura 1 centimetro quadrato, la portata è di 1 ml all'ora. Rendendo il dispositivo più grande, dicono i ricercatori hanno potuto aumentare la portata a 100 millilitri di sangue per ora - abbastanza veloce per elaborare rapidamente i 10 a 20 ml campioni che sarebbero necessari per ottenere una CTC conteggio accurato da un individuo paziente.

Poiché i "tentacoli" sono fatti di DNA, possono facilmente essere scissi con enzimi, liberando le cellule raccolte per ulteriori analisi.

Peter Kuhn, professore associato di biologia cellulare presso la Scripps Research Institute, dice che questa tecnologia è un'alternativa interessante per gli approcci esistenti per catturare cellule rare, aggiungendo che ulteriori prove sono necessarie per convalidare l'utilità della tecnologia.

"Questo campo ha bisogno di molte strade diverse per l'identificazione rare cellule da esplorare", dice Kuhn. "Queste tecnologie possono fornire gli strumenti chiave per lo studio delle malattie negli esseri umani."

Minimamente invasiva

I dispositivi che CTC cattura potrebbe offrire una migliore alternativa al campionamento del midollo osseo nel determinare se il trattamento del cancro sta lavorando in un paziente affetto da leucemia.

"Se si potesse migliorare la sensibilità di rilevazione nel sangue, allora questo approccio può consentire una transizione da isolare osseo al sangue isolamento, che è molto meno invasivo e si può farlo più spesso. Si potrebbe cambiare il paradigma di come residuo di malattia viene rilevata ", spiega Karp.

"La bellezza di questa tecnologia è la sua versatilità," afferma Zhao. "Si può facilmente modificare la lunghezza e la densità delle catene di DNA, è possibile includere diverse sequenze del DNA per catturare diversi tipi di cellule."

Questa caratteristica lo rende una piattaforma tecnologica che può essere applicata ampiamente nei laboratori di clinica e di ricerca. Ad esempio, un'altra possibile applicazione cattura cellule fetali, che sono molto rari nel sangue di una donna incinta. Analizzando queste cellule potrebbe aiutare i medici eseguono test diagnostici prenatali per una serie di malattie che utilizzano un approccio che è molto meno invasivo rispetto amniocentesi.

I ricercatori stanno ora lavorando per adeguare i filamenti di DNA per colpire altre molecole, come i recettori che si trovano sulla superficie delle cellule sloggiato da tumori solidi.

La ricerca è stata finanziata dal National Institutes of Health.

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