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A microplaqueta líquida nova da biópsia captura pilhas de circulação do tumor com maior sensibilidade

Os pesquisadores no instituto politécnico de Worcester (WPI) desenvolveram uma microplaqueta feita dos nanotubes do carbono que podem capturar pilhas de circulação do tumor (CTCs) de todos os tamanhos e tipos, e podem fazer assim com sensibilidade distante maior do que tecnologias existentes. O projecto original do dispositivo torna possível identificar facilmente e cultivar mesmo as pilhas capturadas, que poderiam o tornar possível detectar tumores da fase inicial, prever o curso de um cancro, e monitorar os efeitos da terapia.

Os detalhes da nova tecnologia são relatados no laboratório do jornal em uma microplaqueta (biópsia líquida usando a nanotube-CTC-microplaqueta: captação de CTCs invasor com pureza alta usando a aderência preferencial em pacientes de cancro da mama) por uma equipe que consiste em pesquisadores em WPI, no departamento da cirurgia neurológica na universidade da Faculdade de Medicina de Massachusetts, e no centro do cancro de James Graham Brown na universidade da Faculdade de Medicina de Louisville. Balaji Panchapakesan, professor da engenharia mecânica em WPI, é o chumbo do projecto.

As taxas de mortalidade altas do cancro são pela maior parte atribuíveis a tornar-se dos tumores indetectado até que alcancem fases avançadas ou inoperáveis, e à metástase (quando as pilhas do tumor viajam através da circulação sanguínea e iniciam tumores novos em outros órgãos). Os cientistas têm procurado por muito tempo um método que pudesse confiantemente laçar pilhas do tumor enquanto viajam através da circulação sanguínea. Tal tecnologia poderia torná-la possível detectar muito cancros em fases iniciais, quando o tratamento é mais provável ser bem sucedido, e manchar as mudanças genéticas que as pilhas do tumor se submetem a quando um cancro está começando a se reproduzir por metástese.

Isolar CTCs com pureza alta é um desafio significativo, aparentado a encontrar uma agulha em um monte de feno. Estas pilhas compreendem somente uma a 10 pilhas entre bilhão glóbulos, e o derramamento de CTCs dos tumores é um processo altamente descontínuo.”

Balaji Panchapakesan, professor da engenharia mecânica, WPI

Um número laboratórios e de empresas de pesquisa criaram dispositivos líquidos assim chamados da biópsia, mas os dispositivos actualmente disponíveis têm limitações importantes, Panchapakesan disse. Estes incluem a baixa sensibilidade; a incapacidade prender CTCs de todos os tamanhos e tipos, ou capturar conjuntos de CTCs junto com pilhas individuais; dificuldade em recuperar pilhas capturadas dos dispositivos para a análise do laboratório; e custos de fabrico altos. Além, a contaminação de CTCs capturado pelos glóbulos brancos, a que seja similar em tamanho e possa ser confundido por CTCs, é um problema para muitos dispositivos líquidos da biópsia.

O dispositivo desenvolvido pela equipe de Panchapakesan, descrita no laboratório em um papel da microplaqueta, não tem nenhumas destas limitações. A peça central do dispositivo é uma camada de nanotubes do carbono que alinhe a parte inferior de um poço pequeno formado em um silicone/bolacha de vidro. Panchapakesan diz que o projecto de microplaqueta se aproveita de uma tendência natural de CTCs anexar. “A fim viajar a um local distante no corpo e começar um tumor novo,” disse, de “necessidade CTCs a capacidade para anexar em um ambiente que não fosse conducente ao acessório. Na pesquisa precedente, nós mostramos que anexarão preferencial aos nanotubes do carbono, mas que os glóbulos brancos não, geralmente.”

Além, os estudos recentes mostraram que CTCs é distante mais frágil do que acreditado previamente e são sujeitos aos esforços ambientais e mecânicos inerentes no córrego do sangue. “Estas pilhas não sobreviverão a menos que você lhes der uma matriz rocklike para anexar a--uma matriz mais macia exige demasiada energia da pilha,” Panchapakesan disse.

“É um problema médico na intersecção da engenharia mecânica e biologia,” disse. “Uma compreensão da biologia das células cancerosas e como CTCs se comporta permitiu-nos de projectar um dispositivo engenharia-baseado mecânico.”

O facto de que os glóbulos brancos não aderem aos nanotubes torna possível removê-los da microplaqueta, saindo do CTCs atrás a ser contado e identificado. Os glóbulos vermelhos, que ultrapassam vastamente as pilhas de circulação do tumor, igualmente levantam um problema. Desde que tendem a se estabelecer à parte inferior da microplaqueta, poderiam impedir que CTCs adira aos nanotubes. A equipa de investigação endereçou este problema lysing, ou quebrando acima, os glóbulos vermelhos antes de adicionar uma amostra de sangue à microplaqueta. Encontraram que o processo lysing não tem nenhum efeito no CTCs.

Os testes da microplaqueta que usa o sangue cravados com um número conhecido de células cancerosas etiquetaram com a tintura fluorescente mostraram que tem uma sensibilidade alta, com entre 89 e 100 por cento das pilhas nas amostras do teste que estão sendo capturadas. (A sensibilidade da microplaqueta aumentou mais longo o sangue permaneceu em contacto com os nanotubes.) Os testes igualmente foram executados com as amostras de sangue dos pacientes de cancro da mama reais (fases 1-4) e renderam uma sensibilidade de 100 por cento para detectar CTCs. CTCs foi capturado de todas as sete amostras pacientes, quando nenhuma pilha do tumor foi capturada das amostras de dois pacientes saudáveis.

O que é mais, o CTCs individual capturado microplaqueta que exibe fenótipos múltiplos das pacientes que sofre de cancro cedo e da tarde-fase, uma outra vantagem potencial do dispositivo. Quando outros métodos usados para capturar pilhas em outros dispositivos exibirem as polarizações que impedem que capturem a série completa de fenótipos da célula cancerosa, a microplaqueta do nanotube do carbono de WPI parece ter o potencial fazer assim.

“Estes estudos clínicos iniciais,” Panchapakesan disse, “em qual nós podíamos capturar e identificar CTCs individual de fenótipos de variação, mostra que este dispositivo poderia se transformar uma ferramenta importante não somente para seguir a progressão dos cancros e da sua resposta à radiação ou à quimioterapia, mas igualmente em fazer previsões sobre o curso provável do cancro, que poderia ajudar a identidade dos médicos o curso o mais eficaz da terapia.”

Os testes igualmente mostraram que a microplaqueta do nanotube do carbono pode capturar pilhas apesar de seu tamanho e pode igualmente capturar conjuntos de CTCs além do que pilhas individuais. (Os conjuntos do CTC são raros, mas parecem ter uma capacidade maior para semear tumores novos do que CTCs individual.) Porque as pilhas se estabelecem delicadamente nos nanotubes e na trava sobre com gavinhas que estendem do corpo de pilha, não são danificadas.

E quando as pilhas capturadas deverem ser removidas de outros dispositivos para a análise, que pode ser difícil com dispositivos que usam os canais microfluidic estreitos e conduzem frequentemente a dano às pilhas, as pilhas capturadas pela microplaqueta do nanotube do carbono permanecem viáveis e podem mesmo ser cultivadas. Além, porque as microplaquetas são transparentes, é possível manchar e estudar pilhas capturadas sem removê-las.

A microplaqueta descrita no laboratório em um papel da microplaqueta é a geração a mais atrasada de uma microplaqueta líquida da biópsia que se realize em desenvolvimento por diversos anos no laboratório dos sistemas pequenos de Panchapakesan em WPI em colaboração com a universidade da Faculdade de Medicina de Massachusetts e a universidade de Louisville.

As microplaquetas são feitas com materiais e técnicas da fabricação do grupo similares àquelas usadas para fazer semicondutores. A geração actual é uma disposição de 76 elementos de poços do teste em uma bolacha do vidro e de silicone. Além do que tornar a produção em massa possível, o multi-bem projecto faz fácil rachar uma amostra de sangue entre poços múltiplos. O volume pequeno de sangue colocado em cada um bom torna lhe possível mais exactamente à contagem o CTCs anexado.

Panchapakesan disse acredita que a geração a mais atrasada de microplaqueta líquida da biópsia do nanotube do carbono está pronta para ensaios clínicos. Para essa extremidade, está trabalhando com StrandSmart Inc., uma partida de Silicon Valley conduzida pelo CEO Adrianna Davies. A equipe prevê testar um ponto do dispositivo (POC) do cuidado para detectar global o cancro nas fases as mais adiantadas.

“Esta potencial tecnologia do salvamento poderia ter aplicações benéficas do múltiplo,” Panchapakesan disse. “Poderia ajudar a derramar a luz nos processos biológicos e genéticos complexos no jogo no cancro. Poderia detectar cancros muito em uma fase inicial capturando as pilhas que os tumores emergentes derramaram no sangue. Poderia identificar CTCs com potencial metastático antes que os tumores novos comecem mesmo, e poderia ajudar os tratamentos da forma personalizados ao cancro de cada pessoa.”

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.