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La frite liquide neuve de biopsie capte les cellules tumorales de diffusion avec une sensibilité plus grande

Les chercheurs à l'institut polytechnique de Worcester (WPI) ont développé une frite faite de nanotubes de carbone qui peuvent capter les cellules tumorales de diffusion (CTCs) de tous les tailles et types, et peuvent faire ainsi avec une sensibilité bien plus grande que des technologies existantes. Le seul modèle du dispositif permet pour recenser facilement et cultiver même les cellules captées, qui pourraient permettre pour trouver des tumeurs de stade précoce, pour prévoir le cours d'un cancer, et pour surveiller les effets du traitement.

Les détails de la technologie neuve sont rapportés dans le laboratoire de tourillon sur une frite (biopsie liquide utilisant la nanotube-CTC-frite : saisie de CTCs invasif avec la grande pureté utilisant l'adhérence préférentielle dans des patients de cancer du sein) par une équipe se composant des chercheurs à WPI, du service de la chirurgie neurologique à l'université de la Faculté de Médecine du Massachusetts, et du centre de lutte contre le cancer de James Graham Brown à l'École de Médecine d'Université de Louisville. Balaji Panchapakesan, professeur de l'industrie mécanique à WPI, est le fil de projet.

Les régimes de mortalité par cancer élevés sont en grande partie imputables à se développer de tumeurs non détecté jusqu'à ce qu'ils atteignent les étapes avancées ou inopérables, et à la métastase (quand les cellules tumorales se déplacent par la circulation sanguine et commencent des tumeurs neuves dans d'autres organes). Les scientifiques ont longtemps recherché une méthode qui peut sûrement snare des cellules tumorales pendant qu'elles se déplacent par la circulation sanguine. Une telle technologie pourrait permettre pour trouver des cancers très aux stades précoces, quand la demande de règlement est pour être couronnée de succès, et pour repérer les altérations génétiques que les cellules tumorales subissent quand un cancer commence à métastaser.

L'isolement de CTCs avec la grande pureté est un défi important, apparenté à trouver un pointeau dans une meule de foin. Ces cellules comportent seulement une à 10 cellules parmi milliard de globules sanguins, et le rejet de CTCs des tumeurs est un procédé hautement discontinu. »

Balaji Panchapakesan, professeur de l'industrie mécanique, WPI

Un certain nombre de laboratoires de recherche et de compagnies ont produit de soi-disant dispositifs liquides de biopsie, mais les dispositifs actuellement disponibles ont des limitations importantes, Panchapakesan a dit. Celles-ci comprennent la sensibilité inférieure ; l'incapacité d'enfermer CTCs de tous les tailles et types, ou de capter des boîtiers de CTCs avec différentes cellules ; difficulté en recherchant les cellules captées des dispositifs pour l'analyse de laboratoire ; et coût de fabrication élevé. De plus, la contamination de CTCs capté par les globules blancs, aux lesquels soyez assimilé dans la taille et pouvez se confondre avec CTCs, est un problème pour beaucoup de dispositifs liquides de biopsie.

Le dispositif développé par l'équipe de Panchapakesan, décrite dans le laboratoire sur un papier de frite, n'en a aucun de ces limitations. La pièce maîtresse du dispositif est une couche de nanotubes de carbone qui raye le bas d'un petit bien formé dans un silicium/disque en verre. Panchapakesan dit que la conception de circuit intégré tire profit d'une tendance naturelle de CTCs de fixer. « Afin de se déplacer à un site éloigné dans le fuselage et commencer une tumeur neuve, » il a dit, le « besoin de CTCs la capacité de fixer dans un environnement qui ne favorise pas la pièce d'assemblage. Dans la recherche précédente, nous avons prouvé qu'ils fixeront préférentiellement aux nanotubes de carbone, mais que les globules blancs pas, généralement. »

De plus, les études récentes ont prouvé que CTCs sont bien plus fragile que précédemment cru et sont sujettes aux tensions environnementales et mécaniques inhérentes au flot de sang. « Ces cellules ne survivront pas à moins que vous leur donniez une modification rocklike pour fixer à--une modification plus molle exige excessive énergie de la cellule, » Panchapakesan a dit.

« C'est un problème médical à l'intersection de l'industrie mécanique et biologie, » il a dit. « Une compréhension de la biologie des cellules cancéreuses et comment CTCs se comportent nous a permise de concevoir un dispositif bureau d'études bureau d'études mécanique. »

Le fait que les globules blancs n'adhèrent pas aux nanotubes permet pour les retirer de la frite, partant du CTCs derrière à compter et être recensé. Les hématies, qui dépassent énormément les cellules tumorales de diffusion, posent également un problème. Puisqu'elles tendent à arranger au bas de la frite, elles pourraient empêcher CTCs d'adhérer aux nanotubes. L'équipe de recherche a traité ce problème en lysant, ou en se brisant, les hématies avant d'ajouter une prise de sang à la frite. Ils ont constaté que le procédé lysant n'exerce aucun effet sur le CTCs.

Les tests de la frite utilisant le sang clouée avec un numéro connu des cellules cancéreuses ont étiqueté avec la teinture fluorescente ont prouvé qu'elle a une sensibilité élevée, avec entre 89 et 100 pour cent de cellules dans les échantillons de test étant captés. (La sensibilité de la frite a augmenté plus le sang est resté en contact avec les nanotubes long.) Des tests ont été également exécutés avec des prises de sang des patients de cancer du sein réels (étapes 1-4) et ont fourni la sensibilité de 100 pour cent pour trouver CTCs. CTCs ont été captés de chacun des sept échantillons patients, alors qu'aucune cellule tumorale n'était captée des échantillons provenant de deux patients en bonne santé.

Ce qui est plus, le CTCs individuel capté par frite montrant des phénotypes multiples des malades du cancer tôt et de tard-étape, un autre avantage potentiel du dispositif. Tandis que d'autres méthodes employées pour capter des cellules dans d'autres dispositifs montrent les polarisations qui les empêchent de capter le large éventail de phénotypes de cellule cancéreuse, la frite de nanotube de carbone de WPI semble avoir le potentiel de faire ainsi.

« Ces études cliniques initiales, » Panchapakesan a dit, « dans ce que nous pouvions capter et recenser CTCs individuel des phénotypes variables, prouvent que ce dispositif pourrait devenir un outil important non seulement pour suivre l'étape progressive des cancers et de leur réaction à la radiothérapie ou à la chimiothérapie, mais également en effectuant des prévisions au sujet du cours susceptible du cancer, qui pourrait aider l'identité de médecins le cours le plus efficace du traitement. »

Les tests ont également prouvé que la frite de nanotube de carbone peut capter des cellules indépendamment de leur taille et peut également capter des boîtiers de CTCs en plus de différentes cellules. (Les boîtiers de CTC sont rares, mais ils semblent avoir une capacité plus grande d'injecter des tumeurs neuves que CTCs individuel.) Puisque les cellules arrangent doucement sur les nanotubes et le loquet en circuit avec les vrilles qui s'étendent du corps cellulaire, elles ne sont pas endommagées.

Et tandis que des cellules captées doivent être retirées d'autres dispositifs pour l'analyse, qui peut être difficile avec les dispositifs qui utilisent les glissières microfluidic étroites et ont souvent comme conséquence les dégâts aux cellules, les cellules captées par la frite de nanotube de carbone demeurent viables et peuvent même être cultivées. De plus, parce que les frites sont transparentes, il est possible de souiller et étudier les cellules captées sans les retirer.

La frite décrite dans le laboratoire sur un papier de frite est le dernier rétablissement d'une frite liquide de biopsie qui a été en cours de développement pendant plusieurs années dans le laboratoire des systèmes réduits de Panchapakesan à WPI en collaboration avec l'université de la Faculté de Médecine du Massachusetts et de l'Université de Louisville.

Les frites sont effectuées avec des matériaux et des techniques de fabrication en lots assimilées à ceux employées pour effectuer des semi-conducteurs. Le de la génération actuelle est un choix de 76 éléments de puits de test sur un disque en verre et de silicium. En plus de rendre la production de masse possible, le modèle de multipuits le rend facile de diviser une prise de sang parmi les puits multiples. Le petit volume sanguin mis dans chacun bon rend lui possible plus exactement au compte le CTCs joint.

Panchapakesan a dit il croit que le dernier rétablissement de la frite liquide de biopsie de nanotube de carbone est prêt pour des tests cliniques. Vers cette fin, il travaille avec StrandSmart Inc., une mise en train de Silicon Valley aboutie par Président Adrianna Davies. L'équipe envisage vérifier un point de dispositif (POC) de soins pour trouver le cancer aux parties mondial.

« Cette technologie potentiellement de sauvetage pourrait avoir des applications avantageuses de multiple, » Panchapakesan a dit. « Il pourrait aider à jeter la lumière sur les procédés biologiques et génétiques complexes au jeu dans le cancer. Il pourrait trouver des cancers très à un stade précoce en captant les cellules que les tumeurs naissantes ont jetées dans le sang. Il pourrait recenser CTCs avec le potentiel métastatique avant que les tumeurs neuves commence même, et il pourrait aider des demandes de règlement de forme personnalisées au cancer de chaque personne. »

Source:
Journal reference:

Loeian, M.S. et al. (2019) Liquid biopsy using the nanotube-CTC-chip: capture of invasive CTCs with high purity using preferential adherence in breast cancer patients. Lab on a Chip. doi.org/10.1039/C9LC00274J.