Исследователей из Вустер политехнического института (WPI) разработали чип, сделанный из углеродных нанотрубок, которая может захватывать циркулирующие опухолевые клетки (цок) всех размеров и типов, и могут делать это с гораздо большей чувствительностью, чем существующие технологии. Уникальная конструкция прибора позволяет легко обнаружить и даже культуру захваченных клеток, который можно обнаружить на ранней стадии опухоли, прогноза течения рака, и контролировать результаты терапии.
Информация о новой технологии сообщается в журнале лаборатории на чипе (жидкая биопсия с помощью нанотрубок-КТК-чип: захват инвазивных цок с высокой чистоты с применением льготной соблюдение при раке молочной железы) команда, состоящая из исследователей в WPI, отдел неврологической хирургии в Университете штата Массачусетс Медицинской школы, и Джеймс Грэм Браун онкологический центр в Университете Луисвилля Школы медицины. Баладжи Panchapakesan, профессор машиностроения в WPI, является руководитель проекта.
Высокие показатели смертности от рака в значительной степени обусловлены опухоли развиваются незаметно, пока они не достигнут продвинутый или неоперабельной стадии, и метастазы (когда опухолевые клетки распространяются через кровоток и инициировать новые опухоли в других органах). Ученые долго искали способ, который может надежно силки опухолевых клеток, как они путешествуют через кровоток. Такая технология позволит выявлять рак на самых ранних стадиях, когда лечение дает больше шансов на успех, и, чтобы определить генетические изменения, что опухолевые клетки проходят, когда Рак начинает метастазировать.
«Изоляция цок с высокой чистоты является важной задачей, сродни поиску иголки в стоге сена», — сказал Panchapakesan. «Эти клетки составляют один на 10 клеток среди миллиардов клеток крови, и линять цок от опухоли является весьма прерывный процесс.»
Ряд научно-исследовательских лабораторий и компаний создали так называемый жидкий устройств для биопсии, но устройств, имеющихся в настоящее время имеют важные ограничения, сказал Panchapakesan. К ним относится малая чувствительность; невозможность ловушку цок всех размеров и типов, или для захвата кластеров ТКС наряду с индивидуальными ячейками; трудности в получении захваченных клеток от приборов для лабораторного анализа; и высокие производственные затраты. Кроме того, загрязнения улавливаются цок белых кровяных клеток, которые похожи по размеру и могут быть приняты за цок, является проблемой для многих жидких устройств для биопсии.
Аппарат, разработанный командой Panchapakesan, приведенными в лаборатории на чипе бумаге, не имеет ни одного из этих ограничений. Центральное устройство представляет собой слой углеродных нанотрубок, который выстилает дно небольшой, хорошо сформированным в Кремниевой/стеклянные пластины. Panchapakesan говорит, что дизайн чипа использует естественное стремление цок пристроить. «Для того, чтобы поехать в далекую сайте в организме и начать новую опухоль», — сказал он, «цок нужна возможность вложить в среде, которая не способствует привязанности. В предыдущих исследованиях мы показали, что они придают преимущественно для углеродных нанотрубок, но, что белые клетки крови не будет, по большому счету.»
Кроме того, недавние исследования показали, что цок являются гораздо более хрупкой, чем считалось ранее, и зависит от окружающей среды и механических напряжений, присущих в крови. «Эти клетки не выживет, если вы не дать им матрицы каменное, да приделать к-мягкий матрицы требует слишком много энергии», — сказал Panchapakesan.
«Это медицинская проблема на стыке машиностроения и биологии», — сказал он. «Понимание биологии раковых клеток и как цок вести себя позволили нам разработать машиностроение-устройства.»
Тот факт, что белые клетки крови не придерживаются нанотрубок дает возможность удалить их с чипа, оставляя позади цок должны быть подсчитаны и идентифицированы. Красные кровяные клетки, которые намного больше, чем циркулирующие опухолевые клетки, также являются проблемой. Поскольку они, как правило, оседают в нижней части чипа, они могут предотвратить цок от присоединения к нанотрубок. Исследовательская группа решила эту проблему путем лизиса, или распадаются, эритроциты до добавления образца крови на чип. Они обнаружили, что процесс растворения не влияет на цок.
Тесты чипа, используя кровь подсыпали известное количество раковых клеток, помеченных флуоресцентным красителем показал, что он имеет высокую чувствительность, С между 89 и 100% клеток в образцах теста плен. (Чувствительность чип больше увеличился в кровь остался в контакте с нанотрубками.) Испытания проводились с образцами крови от пациентов с раком молочной железы (стадии 1-4) и дали 100-процентная чувствительность для обнаружения цок. Цок были захвачены из всех семи образцах пациента, а не опухолевых клеток были собраны образцы от двух здоровых пациентов.
Более того, чип захватили отдельные цок экспонирования нескольких фенотипов из ранних и поздних стадиях раковых больных, еще одним потенциальным преимуществом устройства. В то время как другие методы, используемые для захвата клеток других устройств перекосы демонстрируют, что предотвратить их от захвата полный спектр фенотипов раковых клеток, которые стимулируют чип углеродных нанотрубок, кажется, есть потенциал, чтобы сделать так.
«Эти начальные клинические исследования,» Panchapakesan сказало, «в котором мы были в состоянии захватить и идентифицировать отдельные цок различных фенотипов, показывают, что это устройство может стать важным инструментом не только для отслеживания прогрессирования опухолей и их ответ на лучевой или химиотерапии, а также при составлении прогнозов относительно вероятного курса рака, который может помочь врачам личности наиболее эффективный курс терапии.»
Тесты также показали, что чип углеродных нанотрубок может захватывать клетки, независимо от их размера, а также может захватить кластеров ЦОК в дополнение к отдельным клеткам. (КТК кластеры бывают редко, но они, кажется, имеют большую способность семян новые опухоли, чем отдельные цок.) Поскольку клетки мягко оседать на нанотрубки и защелки с усиками, которые простираются от тела клетки, они не повреждены.
И в то время как захваченные клетки должны быть удалены от других устройств для анализа, который может быть трудно с устройств, использующих узких каналах микрофлюидных и часто приводит к повреждению клеток, клеток захваченный обломок углеродные нанотрубки остаются жизнеспособными и даже может быть культурнее. Кроме того, что фишки являются прозрачными, можно морилкой и изучение захваченных клеток без их удаления.
Чип описаны в лаборатории на чипе бумага последнего поколения жидкий чип биопсии, которая разрабатывалась в течение нескольких лет в небольшой лаборатории систем Panchapakesan в изв в сотрудничестве с Университета штата Массачусетс Медицинской школы и Университета Луисвилля.
Чипы производятся с материалами и пакетных методов изготовления аналогичны тем, которые используются для изготовления полупроводников. Нынешнее поколение-это 76-элемент массива тестовых скважин на стекла и кремниевых пластин. В дополнение к возможности массового производства, мульти-дизайн делает его легким для разделения пробы крови у нескольких скважин. Малый объем крови, помещают в каждую лунку позволяет более точно рассчитывать добавленные цок.
Сказал, Panchapakesan он считает последнего поколения нанотрубки жидкий чип биопсии углерода готова для клинических испытаний. К тому концу, он работает с StrandSmart Инк,. Силиконовая долина старт-ап, возглавляемая Адрианна генеральный директор Дейвис. Команда предполагает проверку точки обслуживания устройства (псу) для выявления рака на самых ранних стадиях во всем мире.
«Это потенциально спасательные технологии может иметь несколько полезных приложений,» сказал Panchapakesan. «Это может помочь пролить свет на сложные биологические и генетические процессы в рак. Он может обнаружить рак на очень ранней стадии путем захвата клеток, которые зарождающейся опухоли бытовку в кровь. Он смог определить цок с метастатическим потенциалом до новых опухолей еще начинается, и это может помочь сформировать индивидуальные методы лечения рака каждого человека».
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!