Usando le onde sonore, un team internazionale di ricercatori ha sviluppato un delicato, metodo senza contatto per separare le cellule tumorali circolanti dai campioni di sangue che è abbastanza veloce ed efficiente per l'uso clinico.

Le cellule tumorali circolanti (CTC) sono piccoli pezzi di tumore che si staccano e scorrono attraverso il flusso sanguigno. Contengono una grande quantità di informazioni sul tumore, come il suo tipo, caratteristiche fisiche e mutazioni genetiche.

La capacità di raccogliere e far crescere in modo rapido ed efficiente queste cellule da un campione di sangue consentirebbe "biopsie liquide" in grado di fornire una diagnosi robusta, prognosi e suggerimenti per strategie terapeutiche basate sul profilo CTC individuale.

I CTC sono, però, estremamente raro e difficile da catturare. Di solito ce ne sono solo una manciata ogni pochi miliardi di cellule del sangue che attraversano le vene di un paziente. E mentre ci sono molte tecnologie progettate per separare le cellule tumorali dalle cellule del sangue normali, nessuno di loro è perfetto. Tendono a danneggiare o uccidere le cellule nel processo, mancanza di efficienza, funzionano solo su specifici tipi di cancro, o impiegare troppo tempo per essere utilizzato in molte situazioni.

In un nuovo studio, ricercatori della Duke University, Il MIT e la Nanyang Technological University (Singapore) dimostrano una piattaforma basata su onde sonore in grado di separare le CTC da una fiala di sangue da 7,5 ml con almeno l'86 percento di efficienza in meno di un'ora. Con ulteriori miglioramenti, i ricercatori sperano che la tecnologia costituirà la base di un nuovo test attraverso un metodo economico, chip usa e getta.

I risultati appaiono il 3 luglio sulla rivista Piccolo .

Ogni anno il cancro uccide milioni di persone in tutto il mondo e i ricercatori sono ancora alla ricerca di strumenti migliori per la diagnosi del cancro, prognosi e trattamento, " ha detto Tony Jun Huang, il professore William Bevan di ingegneria meccanica e scienza dei materiali alla Duke.

"La biopsia è la tecnica gold standard per la diagnosi del cancro, " Huang ha detto. "Ma è doloroso e invasivo e spesso non viene somministrato fino alla fine dello sviluppo del cancro. Con la nostra tecnologia di separazione delle cellule tumorali circolanti, potremmo potenzialmente aiutare a scoprire, in modo non invasivo, se il paziente ha il cancro, dove si trova il cancro, in che fase è, e quali farmaci funzionerebbero meglio. Tutto da un piccolo campione di sangue prelevato dal paziente".

La tecnologia funziona creando un'onda sonora stazionaria inclinata rispetto a un fluido che scorre attraverso un minuscolo canale. Perché il suono non è altro che un'onda di pressione, questo crea sacche di pressione che spingono sulle particelle sospese nel liquido mentre passano. Questa forza acustica agisce più fortemente sul più grande, cellule tumorali più rigide rispetto alle cellule del sangue normali, spingendo i CTC in un canale separato per la raccolta.

L'intensità di potenza e la frequenza delle onde sonore sono simili a quelle utilizzate nell'imaging a ultrasuoni, che viene utilizzato in modo sicuro in numerose procedure mediche. Il rischio di danni ai CTC è ulteriormente ridotto perché ogni cella subisce l'onda acustica solo per una frazione di secondo e non richiede etichettatura o modifica della superficie. Queste caratteristiche danno alla tecnica la migliore possibilità possibile di mantenere le funzioni e gli stati nativi dei CTC.

L'approccio è stato dimostrato per la prima volta tre anni fa in uno studio proof-of-concept e da allora è stato migliorato al punto da poter essere utile in un contesto clinico. Il risultato è un dispositivo prototipo che elabora il fluido a una velocità di 7,5 ml/ora, sette volte più veloce dell'originale, senza sacrificare nessuno dei suoi 86% di efficienza o numerosi vantaggi rispetto ad altri metodi.

"Il più grande vantaggio di questo metodo acustico di separazione è che è molto delicato sulle cellule tumorali circolanti, " ha detto Andrew Armstrong, professore associato di medicina, chirurgia, e farmacologia e biologia del cancro presso la Duke University School of Medicine. "Le cellule tumorali rimangono vitali dopo aver attraversato il chip e possono essere caratterizzate, colta o profilata, che ci consente di eseguire la genotipizzazione o la fenotipizzazione per capire meglio come ucciderli".

"L'idea è di sviluppare approcci di medicina personalizzata ai singoli pazienti in base alla loro biologia del cancro, simile a quello che fanno i medici delle malattie infettive con le colture batteriche e gli antibiotici, " ha detto Armstrong.

Nella carta, Armstrong ha dimostrato la tecnologia per raccogliere cellule tumorali circolanti da uomini con cancro alla prostata e le ha profilate con successo per una serie di marcatori e caratteristiche di crescita a breve termine. I ricercatori dimostrano che le CTC dei pazienti variano ampiamente nella loro espressione di bersagli chiave per la terapia, come l'antigene di membrana prostatico specifico (PSMA), che è comunemente usato per l'imaging e per il targeting del cancro alla prostata in clinica.

Andando avanti, Huang sta continuando a sviluppare la tecnologia per aumentare sia la sua velocità che l'efficienza, mentre Armstrong sta lavorando per stabilire la fattibilità della tecnica in una serie di progetti di coltura e profilazione per mostrare il suo potenziale impatto clinico. La coppia utilizzerà anche la tecnologia in una varietà di progetti di ricerca, come lavorare per capire cosa permette alle CTC di sopravvivere nel flusso sanguigno e metastatizzare, o diffuso in tutto il corpo.

"L'unica tecnologia approvata dalla FDA per il rilevamento delle CTC può solo contare e fare caratterizzazioni di base delle CTC ma non può far crescere le CTC al di fuori del corpo, perché fondamentalmente uccide le cellule nel processo, "Ha detto Armstrong. "Essere in grado di raggiungere queste cellule mentre sono ancora vive ci dà almeno la possibilità di coltivarle o profilarle al di fuori del corpo per eseguire i tipi di sensibilità ai farmaci e test genetici che possono informare meglio la terapia. "