In un lavoro che potrebbe migliorare la comprensione di come si diffonde il cancro, un team di ingegneri e ricercatori medici dell'Università del Michigan ha sviluppato un nuovo tipo di chip microfluidico in grado di catturare rari, cellule tumorali aggressive, farli crescere sul chip e rilasciare singole cellule su richiesta.

Per la prima volta, possono facilmente confrontare due diverse cellule "sorelle", nate dalla stessa cellula cancerosa originale, per esplorare come i diversi geni vengono attivati ​​e disattivati ​​quando le cellule cancerose si dividono e si diffondono. Gli studi con il nuovo chip potrebbero anche rivelare perché alcune cellule cancerose sono resistenti ai farmaci.

L'obiettivo finale del progetto, guidato da Euisik Yoon, professore di ingegneria elettrica e informatica, è scoprire cosa guida i processi di "auto-rinnovamento" che consentono a queste cellule cancerose aggressive di comportarsi come cellule staminali.

Queste cellule sono note come cellule staminali del cancro. Sono in grado di dividersi e trasformarsi in diversi tipi di cellule cancerose, con diversi geni attivati ​​o disattivati. I ricercatori sul cancro ritengono che se le proprietà simili allo stelo possono essere disattivate, il cancro non sarà in grado di crescere e diffondersi.

"Quando si forma un tumore, alcune cellule staminali tumorali mantengono la staminalità, mentre altri sono differenziati. Comprendendo questo, sapremo di più sulla formazione del tumore e scopriremo modi per inibirlo, " disse Yu-Chih Chen, uno scienziato ricercatore in ingegneria elettrica e informatica e co-primo autore di un articolo appena pubblicato in ACS Nano .

La base del nuovo chip è composta da nanotubi di carbonio ricoperti da un rivestimento plastico. Quando una cellula cancerosa si deposita sul chip, si attacca a quel rivestimento. Per rilasciare la cellula, i ricercatori hanno puntato impulsi di luce laser estremamente brevi vicino ad esso. La luce viene prontamente assorbita dai nanotubi di carbonio, riscaldandoli istantaneamente, mentre la plastica isola la cella.

Il calore fa espandere l'aria intrappolata tra i nanotubi e la plastica, soffiando una bolla sotto la cella. Quando la bolla esplode attraverso la plastica, la cellula si stacca. Quindi, la cellula può essere eliminata dal chip e catturata per il profilo genetico.

La maggior parte dei metodi esistenti per liberare le singole cellule cancerose catturate sono dannosi per le cellule oppure non possono estrarli dal chip in modo affidabile. Il laser era abbastanza preciso da poter staccare un lato di una cella, lasciando l'altro lato ancorato.

E il processo di distacco delle bolle è stato così delicato che anche le proteine ​​di superficie sulla membrana cellulare sono rimaste illese. Le proteine ​​di superficie sono un'importante via non distruttiva per identificare le cellule staminali del cancro.

Per iniziare a esplorare le differenze nell'espressione genica tra le cellule sorelle, il team ha prima esaminato un gene chiamato Notch, che è associato sia alle cellule staminali normali che a quelle cancerose. Se Notch è stato espresso nelle cellule figlie, era un'indicazione approssimativa che la divisione si stesse rinnovando. Una cellula Notch-positiva potrebbe continuare a produrre due cellule che esprimono lo stesso gene, un Notch-positivo e un Notch-negativo, o due celle Notch-negative.

Le loro analisi hanno dimostrato che Notch non funge da unico indicatore delle proprietà staminali di una cellula cancerosa. Altri geni associati alle cellule staminali potrebbero essere attivati ​​o disattivati ​​nelle cellule figlie con espressione di Notch.

Il compito dei ricercatori sul cancro, con l'aiuto del nuovo chip, consiste nell'identificare quali di questi geni sono fondamentali per le capacità di autorinnovamento di una cellula staminale cancerosa. Se questi possono essere chiusi, costringendo tutte le cellule staminali del cancro a produrre solo cellule non staminali quando si dividono, potrebbe essere possibile sovvertire la capacità di un tumore di crescere e diffondersi.

"Se identifichiamo alcuni geni chiave, o un potenziale bersaglio farmacologico, quindi i ricercatori farmaceutici possono sviluppare un composto per colpire questo bersaglio farmacologico, " disse Chen.

I test antidroga hanno ispirato Yoon a sviluppare questo chip. Sui chip precedenti, alcuni trattamenti per il cancro sono sopravvissuti, e voleva capire meglio queste cellule.

"Alcune cellule sono molto resistenti; alcune sono facilmente uccise, " ha detto Yoon, che è anche professore di ingegneria biomedica. "Volevamo estrarre le singole cellule dopo lo screening farmacologico e guardare i loro profili genetici per vedere se possiamo vedere cosa rende le cellule tumorali simili alle staminali".

Esperimenti futuri potrebbero portare a ciò che alcuni ricercatori sul cancro chiamano "cure funzionali, " simile alla gestione dell'HIV. Il cancro non deve necessariamente essere debellato. Fermare la diffusione del cancro può essere sufficiente per consentire a un malato di cancro di vivere una vita sana.

Questo lavoro è riportato in un articolo intitolato "Distacco fotomeccanico selettivo e recupero di cellule sorelle divise da microfluidica chiusa per analisi a valle".