Un bioingegnere di Harvard e un ingegnere aeronautico del MIT hanno creato un nuovo dispositivo in grado di rilevare singole cellule cancerose in un campione di sangue, potenzialmente consentendo ai medici di determinare rapidamente se il cancro si è diffuso dal suo sito originale.

Il dispositivo microfluidico, descritto nell'edizione online del 17 marzo della rivista Piccolo , ha le dimensioni di un centesimo, e potrebbe anche rilevare virus come l'HIV. Potrebbe eventualmente essere sviluppato in test a basso costo per i medici da utilizzare nei paesi in via di sviluppo dove è difficile trovare costose apparecchiature diagnostiche, dice Mehmet Toner, professore di ingegneria biomedica presso la Harvard Medical School e membro della Harvard-MIT Division of Health Sciences and Technology.

Toner ha realizzato una versione precedente del dispositivo quattro anni fa. In quella versione originale, il sangue prelevato da un paziente scorre attraverso decine di migliaia di minuscoli perni di silicio ricoperti di anticorpi che si attaccano alle cellule tumorali. Tutte le cellule cancerose che toccano i perni rimangono intrappolate. Però, alcune celle potrebbero non incontrare mai i post.

Toner pensava che se i pali fossero porosi invece che solidi, le cellule potrebbero fluire attraverso di loro, rendendo più probabile che si attacchino. Per ottenere ciò, ha chiesto l'aiuto di Brian Wardle, un professore associato di aeronautica e astronautica al MIT, e un esperto nella progettazione di materiali compositi avanzati nano-ingegnerizzati per realizzare parti di aeromobili più resistenti.

Da quella collaborazione è nato il nuovo dispositivo microfluidico, tempestato di nanotubi di carbonio, che raccoglie le cellule cancerose otto volte meglio della versione originale.

Catturato dai nanotubi

Le cellule tumorali circolanti (cellule tumorali che si sono liberate dal tumore originale) sono normalmente molto difficili da rilevare, perché ce ne sono così pochi - di solito solo diverse cellule per campione di sangue da 1 millilitro, che può contenere decine di miliardi di cellule sanguigne normali. Però, rilevare queste cellule distaccate è un modo importante per determinare se un cancro ha metastatizzato.

“Di tutte le morti per cancro, Il 90% non è il risultato di un cancro nel sito primario. Provengono da tumori che si sono diffusi dal sito originale, "Dice Wardle.

Quando si progettano materiali avanzati, Wardle usa spesso nanotubi di carbonio:minuscoli, cilindri cavi le cui pareti sono reticoli di atomi di carbonio. Gli assemblaggi dei tubi sono altamente porosi:una foresta di nanotubi di carbonio, che contiene da 10 a 100 miliardi di nanotubi di carbonio per centimetro quadrato, è inferiore all'1% di carbonio e al 99% di aria. Questo lascia molto spazio per il flusso del fluido.

Il team del MIT/Harvard ha posizionato varie geometrie della foresta di nanotubi di carbonio nel dispositivo microfluidico. Come nel dispositivo originale, la superficie di ogni provetta può essere decorata con anticorpi specifici per le cellule cancerose. Però, perché il fluido può attraversare le geometrie della foresta così come intorno ad esse, c'è una possibilità molto maggiore che le cellule o le particelle bersaglio vengano catturate.

I ricercatori possono personalizzare il dispositivo attaccando diversi anticorpi alle superfici dei nanotubi. La modifica della spaziatura tra le caratteristiche geometriche dei nanotubi consente anche loro di catturare oggetti di dimensioni diverse - da cellule tumorali, circa un micron di diametro, fino ai virus, che sono solo 40 nm.

I ricercatori stanno ora iniziando a lavorare sulla personalizzazione del dispositivo per la diagnosi dell'HIV. Il dispositivo originale di rilevamento delle cellule tumorali di Toner è ora in fase di test in diversi ospedali e potrebbe essere disponibile in commercio nei prossimi anni.

Rashid Bashir, direttore del Laboratorio di micro e nanotecnologie presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign, afferma che la capacità di filtrare particelle specifiche, cellule o virus da un campione di sangue in modo che possano essere analizzati è un passo fondamentale verso la creazione di dispositivi diagnostici portatili.

"Tutto quello che puoi fare per migliorare l'efficienza di acquisizione, o qualsiasi altra cosa nuova che puoi fare per far interagire le particelle con una superficie in modo più efficace, aiuterà con la preparazione del campione, "dice Bashir, che non faceva parte del gruppo di ricerca.