Le cellule tumorali possono staccarsi da un tumore e circolare nel sangue. Ci sono poche cellule cancerose rispetto ai trilioni di cellule del sangue. Gli attuali metodi per trovare ed estrarre queste cellule tumorali circolanti (CTC) sono costosi e potrebbero essere fuori dalla portata delle strutture mediche nelle aree rurali.

Wei Li, un assistente professore presso il Texas Tech Department of Chemical Engineering, sta sviluppando una nuova tecnologia che potrebbe consentire di prelevare cellule cancerose circolanti da pochi millilitri di sangue prelevato da un paziente.

"Le cellule tumorali possono staccarsi da un sito tumorale e viaggiare attraverso il sangue per trovare un nuovo ospite, creando ancora un altro tumore, " ha detto Li. "Il rilevamento precoce di queste cellule può aiutare i medici a ideare un trattamento molto prima. E la diagnosi precoce del cancro è fondamentale per i tassi di sopravvivenza".

Bravi ragazzi contro cattivi ragazzi

Li, che è arrivato in Texas Tech nel 2014, sta lavorando con bolle di vetro cave ricoperte da uno speciale nanofilm che attrae le cellule cancerose, ma non le cellule del sangue. Una miscela di cellule cancerose nel sangue viene inserita in un tubo di plastica contenente la bolla e viene agitata per alcuni minuti. Le cellule cancerose attaccate alle bolle galleggeranno in superficie mentre le cellule del sangue normali affonderanno sul fondo.

"L'obiettivo è catturare solo i cattivi, le cellule cancerose, " dice. "Utilizzando uno speciale rivestimento polimerico sulla parte superiore della bolla cava possiamo impedire la cattura dei buoni, le normali cellule del sangue."

La tecnologia di Li, insieme a nuove lenti per microscopi che possono essere attaccate a uno smartphone potrebbe dare ai medici, soprattutto nelle zone rurali e sottofinanziate, nuovo, opzioni di diagnosi più rapide.

"Questa tecnologia potrebbe dare ai medici un primo indizio che il cancro si è diffuso, " ha detto. "Oppure può essere possibile avere un modo precoce per sapere se i sintomi di un paziente potrebbero essere il cancro e il trattamento deve essere determinato immediatamente".

Attualmente, le particelle magnetiche vengono utilizzate per dare la caccia alle CTC e un magnete le estrae dal sangue. Quella tecnologia è costosa e di solito si trova nelle strutture mediche delle grandi città. Un altro inconveniente, secondo Li, è che questo metodo può produrre risultati falsi positivi poiché anche le normali cellule del sangue si attaccano alle particelle magnetiche. Il suo uso di specifici rivestimenti polimerici che catturano solo le cellule cancerose riduce il numero di falsi positivi.

Il prossimo passo nella ricerca di Li è collaborare con i ricercatori del Texas Tech University Health Sciences Center Southwest Cancer Center per applicare questa tecnologia al sangue prelevato dagli attuali pazienti affetti da cancro.

Conservazione delle cellule nel campione di sangue

Li crede anche che la sua tecnologia abbia altre applicazioni oltre al rilevamento del cancro. Lo stesso sistema potrebbe preservare le cellule di interesse dal sangue del paziente che devono essere inviate a strutture mediche distanti per i test.

"Le grandi città hanno strutture per i test, " ha detto. "Ma le zone rurali il più delle volte non lo fanno. È facile prelevare sangue ovunque, ma fare dei test è un'altra cosa. Alcuni test devono essere eseguiti entro quattro ore dal prelievo del sangue".

Le cellule del sangue si degradano rapidamente, rendendo difficile la conservazione per diverse ore. Se il sistema di microbolle di Li può preservare le cellule di interesse dal sangue per periodi di tempo più lunghi, il sangue può essere prelevato in aree remote e i campioni di cellule possono essere inviati a strutture di analisi più grandi, risparmiando tempo ai pazienti e spese di viaggio.

"Pensiamo che il nostro sistema di microbolle potrebbe preservare le cellule per un tempo abbastanza lungo da portarle in una struttura, " ha detto. "Non lo sappiamo ancora, ma è la fase successiva della nostra ricerca".

Nano architettura

Li si interessò alla ricerca sul cancro mentre era ricercatore post-dottorato presso il Massachusetts Institute of Technology (MIT). Ha una formazione come chimico dei polimeri. Un polimero è una grande molecola sintetica o naturale composta da molte piccole molecole ripetute che costituiscono la base per cose come la plastica.

"Ho lavorato in un laboratorio del MIT che stava cercando uno sviluppo di nuovi usi biomedici, soprattutto per il trattamento del cancro, " ha detto. "Mi sono interessato a vedere se potessimo utilizzare materiali su scala nanometrica per la somministrazione di farmaci ai tumori".

Li ha iniziato a esaminare la resistenza ai farmaci delle cellule tumorali e se le nanoparticelle potessero essere utilizzate come vettori di farmaci per le cellule che rifiutano i farmaci antitumorali. Li ha recentemente dedicato la sua ricerca all'utilizzo di nanomateriali per rilevare il cancro.

Mentre il lavoro di Li è saldamente nel regno della biomedicina, è prima di tutto un ingegnere. Chiama il suo lavoro nanoarchitettura.

"Dietro il mio lavoro c'è la capacità di progettare nanofilm, " ha detto. "La parte più importante di questo lavoro è il nanofilm che ricopre le microbolle di vetro cavo. Sto costruendo strato per strato, un film di ingredienti multifunzionali che catturerà i cattivi e respingerà i buoni".

La ricerca di Li è dettagliata in una recente versione online della rivista dell'American Chemical Society Materiali applicati e interfacce