Ricercatori dell'Università dell'Illinois a Chicago e della Queensland University of Technology of Australia, hanno sviluppato un dispositivo in grado di isolare singole cellule tumorali dai campioni di sangue dei pazienti. Il dispositivo microfluidico funziona separando i vari tipi di cellule presenti nel sangue in base alle loro dimensioni. Il dispositivo potrebbe un giorno consentire una rapida, biopsie liquide a basso costo per aiutare a rilevare il cancro e sviluppare piani di trattamento mirati. I risultati sono riportati sulla rivista Microsistemi e nanoingegneria .

"Questo nuovo chip microfluidico ci consente di separare le cellule tumorali dal sangue intero o dal sangue minimamente diluito, "ha detto Ian Papautsky, il Professore di Bioingegneria di Richard e Loan Hill presso l'UIC College of Engineering e autore corrispondente dell'articolo. "Mentre si stanno rendendo disponibili dispositivi per rilevare le cellule tumorali che circolano nel sangue, la maggior parte sono relativamente costosi e sono fuori dalla portata di molti laboratori di ricerca o ospedali. Il nostro dispositivo è economico, e non richiede molta preparazione o diluizione del campione, rendendolo veloce e facile da usare."

La capacità di isolare con successo le cellule tumorali è un passo cruciale per consentire la biopsia liquida in cui il cancro potrebbe essere rilevato attraverso un semplice prelievo di sangue. Ciò eliminerebbe il disagio e il costo delle biopsie tissutali che utilizzano aghi o procedure chirurgiche come parte della diagnosi del cancro. La biopsia liquida potrebbe anche essere utile per monitorare l'efficacia della chemioterapia nel corso del tempo, e per rilevare il cancro in organi di difficile accesso attraverso le tradizionali tecniche di biopsia, compreso il cervello e i polmoni.

Però, isolare le cellule tumorali circolanti dal sangue non è un compito facile, poiché sono presenti in quantità estremamente ridotte. Per molti tumori, le cellule circolanti sono presenti a livelli vicini a uno per 1 miliardo di cellule del sangue. "Un tubo di sangue da 7,5 millilitri, che è un volume tipico per un prelievo di sangue, potrebbe avere dieci cellule cancerose e 35-40 miliardi di cellule del sangue, " disse Papautsky. "Quindi stiamo davvero cercando un ago in un pagliaio."

Le tecnologie microfluidica rappresentano un'alternativa ai metodi tradizionali di rilevamento cellulare nei fluidi. Questi dispositivi utilizzano marcatori per catturare le cellule mirate mentre fluttuano, oppure sfruttano le proprietà fisiche delle cellule bersaglio, principalmente le dimensioni, per separarle da altre cellule presenti nei fluidi.

Papautsky e i suoi colleghi hanno sviluppato un dispositivo che utilizza le dimensioni per separare le cellule tumorali dal sangue. "Utilizzare le differenze di dimensione per separare i tipi di cellule all'interno di un fluido è molto più semplice della separazione per affinità che utilizza tag "appiccicosi" che catturano il tipo di cellula giusto mentre passa, " ha detto Papautsky. "La separazione per affinità richiede anche un sacco di lavoro di purificazione avanzato che le tecniche di separazione delle dimensioni non hanno bisogno".

Il dispositivo sviluppato da Papautsky e dai suoi colleghi sfrutta i fenomeni di migrazione inerziale e diffusione indotta dal taglio per separare le cellule tumorali dal sangue mentre passa attraverso i "microcanali" formati nella plastica. "Stiamo ancora studiando la fisica dietro questi fenomeni e la loro interazione nel dispositivo, ma separa le cellule in base a minuscole differenze di dimensioni che determinano l'attrazione della cellula in varie posizioni all'interno di una colonna di liquido mentre si muove".

Papautsky e i suoi colleghi hanno "aggiunto" campioni da 5 millilitri di sangue sano con 10 cellule tumorali polmonari a piccole cellule e poi hanno fatto scorrere il sangue attraverso il loro dispositivo. Sono stati in grado di recuperare il 93 percento delle cellule tumorali utilizzando il dispositivo microfluidico. I dispositivi di microfluidica precedentemente sviluppati progettati per separare le cellule tumorali circolanti dal sangue avevano tassi di recupero tra il 50 percento e l'80 percento.

Quando hanno analizzato otto campioni di sangue prelevati da pazienti con diagnosi di carcinoma polmonare non a piccole cellule, sono stati in grado di separare le cellule tumorali da sei dei campioni utilizzando il dispositivo microfluidico.

Oltre all'elevata efficienza e affidabilità dei dispositivi, Papautsky ha affermato che il fatto che sia necessaria una piccola diluizione è un altro vantaggio. "Senza dover diluire, il tempo per analizzare i campioni è più breve, così come il tempo di preparazione." Hanno usato sangue intero nei loro esperimenti e sangue diluito solo tre volte, che è basso rispetto ad altri protocolli per la separazione cellulare che utilizzano dispositivi basati sulla migrazione inerziale.

Papautsky e la collega Dott.ssa Alicia Hubert, assistente professore di chirurgia presso l'UIC College of Medicine, ha recentemente ricevuto $ 125, 000, sovvenzione di un anno dall'Università dell'Illinois Cancer Center per sviluppare un dispositivo microfluidico in grado di separare le cellule tumorali circolanti e rilevare il DNA delle cellule tumorali nel sangue di pazienti affetti da cancro ai polmoni. Utilizzeranno il sangue dei pazienti visitati presso l'Università dell'Illinois Cancer Center per testare l'efficacia del loro dispositivo prototipo.