Il dispositivo cattura le cellule tumorali da un campione di sangue. Quando una soluzione fredda scorre attraverso il dispositivo, rilascia le cellule tumorali per ulteriori studi. Credito:Hyeun Joong Yoon, Apoorv Shanker, Angela Yang Wang, e Molly Kozminsky Università del Michigan. Copyright:Materiali avanzati
Un nuovo dispositivo sviluppato presso l'Università del Michigan potrebbe fornire un modo non invasivo per monitorare i progressi di un trattamento avanzato del cancro.
Può prelevare cellule cancerose da un campione di sangue e lasciarle andare più tardi, consentendo ulteriori test che possono dimostrare se la terapia sta liberando con successo il paziente dalle cellule tumorali più pericolose.
Le cellule rilasciate nel flusso sanguigno dai tumori potrebbero essere utilizzate per monitorare il trattamento del cancro, ma sono molto difficili da catturare, rappresenta circa una cellula su un miliardo, dice Sunitha Nagrath, U-M assistente professore di ingegneria chimica.
Nagrath e i suoi collaboratori hanno aperto la strada alle tecnologie per catturare queste cellule dai campioni di sangue. I loro dispositivi hanno intrappolato le cellule su chip realizzati con ossido di grafene, un singolo strato di atomi di carbonio e ossigeno. Ma tutte le analisi dovevano essere fatte sul chip perché le celle erano saldamente bloccate.
"Potremmo far crescere le cellule sul chip o analizzarle tutte insieme, ma la ricerca ha dimostrato che le cellule cancerose non sono tutte uguali, " ha detto. "Quindi, è importante studiare le cellule individualmente, e il nostro nuovo dispositivo lo rende possibile."
La teoria delle cellule staminali del cancro sostiene che le ricadute si verificano perché la chemioterapia e la radioterapia non sono molto efficaci nell'uccidere le cellule staminali del cancro, che può costituire fino al 10 percento di un tumore. Di conseguenza, le cellule staminali tumorali lasciate indietro sono in grado di far ricrescere il tumore o diffondersi in altre aree del corpo.
Le sonde di fluorescenza in due cellule di cancro al seno forniscono informazioni su quali geni sono presenti. I punti verdi mostrano che entrambe le cellule hanno più copie del gene HER2, suggerendo che il cancro è aggressivo. Credito:Nallasivam Palanisamy, Sistema sanitario Henry Ford. Diritto d'autore: Materiale avanzato
Nuovi trattamenti negli studi clinici attaccano le cellule staminali, ma uccidere questa popolazione più piccola non riduce immediatamente il tumore. I medici hanno bisogno di un buon modo per monitorare se le cellule staminali del cancro sono in declino. Questo può essere possibile attraverso esami del sangue, ma i medici devono studiare individualmente le cellule catturate, e questo significa rimuoverli dal chip.
"Come possiamo rilasciare la cellula senza danneggiarla, questo è il nome del gioco, "ha detto Jinsang Kim, professore di scienze e ingegneria dei materiali, che ha co-diretto il progetto con Nagrath.
Kim lavora sui principi di progettazione per creare molecole a catena con capacità particolari, e il suo team ha escogitato una soluzione. Il suo gruppo ha sviluppato un polimero che è solido a temperatura ambiente ma si sfalda a una temperatura che può essere impostata ovunque tra circa 40 e 68 gradi Fahrenheit.
Il polimero si dissolve in acqua quando interagisce con le molecole d'acqua. A temperature più elevate, il calore interrompe le interazioni, quindi il polimero non si dissolve. Apoorv Shanker, uno studente laureato in scienze e ingegneria macromolecolare, impostare il polimero per dissolversi a temperature inferiori a 54 gradi. Il team ha mescolato i minuscoli fiocchi di ossido di grafene che catturano le cellule nel polimero e ha costruito il chip in un dispositivo per guidare il campione di sangue su di esso.
"È molto delicato per le cellule, " disse Nagrath, contrastando il leggero calo di temperatura con altri modelli che si basano sul riscaldamento o su reazioni chimiche indotte da enzimi per rilasciare le cellule.
Il dispositivo può catturare e rilasciare dal vivo fino all'80% delle cellule tumorali nel campione di sangue iniziale. Quindi, i medici potrebbero raccogliere le cellule in un campione simile a un tessuto per l'analisi convenzionale, che può rivelare la proporzione di cellule cancerose catturate che sono cellule staminali. In alternativa, potrebbero identificare singole cellule per uno studio più dettagliato, come il sequenziamento genetico completo o i test che identificano quali farmaci sarebbero più efficaci.
"Poiché il dispositivo è facile ed economico da realizzare, sono possibili studi clinici su larga scala, " ha detto Kim.
Lo studio è stato condotto in collaborazione con il gruppo di Max Wicha, professore di oncologia U-M, e il gruppo di Diane Simeone, professore di chirurgia e fisiologia molecolare e integrativa.
È descritto nel documento, "Composito di ossido di grafene e polimero termosensibile regolabile per un'efficace cattura e rilascio di cellule tumorali circolanti vitali, " che è apparso di recente in Advanced Materials.
