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La nueva viruta líquida de la biopsia captura las células de circulación del tumor con mayor sensibilidad

Los investigadores en el instituto politécnico de Worcester (WPI) han desarrollado una viruta hecha de los nanotubes del carbono que pueden capturar las células de circulación del tumor (CTCs) de todas las tallas y tipos, y pueden hacer tan con sensibilidad lejos mayor que tecnologías existentes. El diseño único del dispositivo permite determinar fácilmente e incluso cultivar las células capturadas, que podrían permitir descubrir tumores del temprano-escenario, predecir el curso de un cáncer, y vigilar los efectos de la terapia.

Los detalles de la nueva tecnología se denuncian en el laboratorio del gorrón en una viruta (biopsia líquida usando la nanotube-ADAPTADOr de canal a canal-viruta: captura de CTCs invasor con pureza elevada usando la adhesión preferencial en enfermos de cáncer del pecho) por personas que consisten en investigadores en WPI, el departamento de la cirugía neurológica en la universidad de la Facultad de Medicina de Massachusetts, y el centro del cáncer de James Graham Brown en la universidad de la Facultad de Medicina de Louisville. Balaji Panchapakesan, profesor de la ingeniería industrial en WPI, es el guía del proyecto.

Las altas tasas de mortalidad del cáncer son en gran parte atribuibles a convertirse de los tumores desapercibido hasta que alcancen escenarios avanzados o inoperables, y a la metástasis (cuando las células del tumor viajan a través de la circulación sanguínea e inician nuevos tumores en otros órganos). Los científicos han buscado de largo un método que puede snare seguro las células del tumor mientras que viajan a través de la circulación sanguínea. Tal tecnología podría permitir descubrir cánceres en los primeros tiempos muy, cuando el tratamiento es más probable ser acertado, y observar los cambios genéticos que las células del tumor experimentan cuando un cáncer está comenzando a extenderse por metástasis.

El aislamiento de CTCs con pureza elevada es un reto importante, relacionado con encontrar una aguja en un pajar. Estas células comprenden únicamente una a 10 células entre mil millones glóbulos, y el vertimiento de CTCs de tumores es un proceso altamente discontinuo.”

Balaji Panchapakesan, profesor de la ingeniería industrial, WPI

Varios laboratorios y compañías de investigación han creado los supuestos dispositivos líquidos de la biopsia, pero los dispositivos actualmente disponibles tienen limitaciones importantes, Panchapakesan dijo. Éstos incluyen sensibilidad inferior; la incapacidad para atrapar CTCs de todas las tallas y tipos, o para capturar atados de CTCs junto con las células individuales; dificultad en extraer las células capturadas de los dispositivos para el análisis del laboratorio; y altos costos de fabricación. Además, la contaminación de CTCs capturado de los glóbulos blancos, a quienes sea similar de tamaño y puede estar confundido desde CTCs, es un problema para muchos dispositivos líquidos de la biopsia.

El dispositivo desarrollado por las personas de Panchapakesan, descritas en el laboratorio en un papel de la viruta, no tiene ningunas de estas limitaciones. La pieza central del dispositivo es una capa de nanotubes del carbono que forra la parte inferior de un pequeño bien formado en un silicio/un fulminante de cristal. Panchapakesan dice que el diseño de chips se aprovecha de una tendencia natural de CTCs de sujetar. “Para viajar a un sitio distante en la carrocería y comenzar un nuevo tumor,” él dijo, “necesidad de CTCs la capacidad de sujetar en un ambiente que no es conducente a la agregación. En la investigación anterior, hemos mostrado que sujetarán preferencial a los nanotubes del carbono, pero que los glóbulos blancos no, generalmente.”

Además, los estudios recientes han mostrado que CTCs es lejos más frágil que creído previamente y están conforme a las tensiones ambientales y mecánicas inherentes en la corriente de la sangre. “Estas células no sobrevivirán a menos que usted les dé una matriz rocklike para sujetar a--una matriz más suave requiere demasiada energía de la célula,” Panchapakesan dijo.

“Es un problema médico en la intersección de la ingeniería industrial y biología,” él dijo. “Una comprensión de la biología de células cancerosas y cómo CTCs se comporta nos permitió diseñar un dispositivo ingeniería-basado mecánico.”

El hecho de que los glóbulos blancos no se adhieran a los nanotubes permite quitarlos de la viruta, saliendo del CTCs detrás que se contará y determinado. Los glóbulos rojos, que exceden en número sumamente las células de circulación del tumor, también plantean un problema. Puesto que tienden a establecer a la parte inferior de la viruta, podrían evitar que CTCs se adhiera a los nanotubes. El equipo de investigación abordó este problema lysing, o rompiéndose hacia arriba, los glóbulos rojos antes de agregar una muestra de sangre a la viruta. Encontraron que el proceso lysing no tiene ningún efecto sobre el CTCs.

Las pruebas de la viruta usando sangre clavada con un número sabido de células cancerosas marcaron con etiqueta con el tinte fluorescente mostraron que tiene una alta sensibilidad, con entre el 89 y 100 por ciento de células en las muestras de la prueba que eran capturadas. (La sensibilidad de la viruta aumentó más larga la sangre seguía siendo en contacto con los nanotubes.) Las pruebas también fueron funcionadas con con las muestras de sangre de los enfermos de cáncer reales del pecho (escenarios 1-4) y rindieron sensibilidad del 100 por ciento para descubrir CTCs. CTCs fue capturado de las siete muestras pacientes, mientras que no se capturó ningunas células del tumor de las muestras a partir de dos pacientes sanos.

Cuál es más, el CTCs individual capturado viruta que exhibe fenotipos múltiples de los enfermos de cáncer temprano y del tarde-escenario, otra ventaja potencial del dispositivo. Mientras que otros métodos usados para capturar las células en otros dispositivos exhiben las polarizaciones negativas que evitan que capturen la gama completa de los fenotipos de la célula cancerosa, la viruta del nanotube del carbono de WPI aparece tener el potencial de hacer tan.

“Estos estudios clínicos iniciales,” Panchapakesan dijo, “en cuál podíamos capturar y determinar CTCs individual de fenotipos diversos, muestra que este dispositivo podría convertirse en una herramienta importante no sólo para rastrear la progresión de cánceres y de su reacción a la radiación o a la quimioterapia, pero también en la fabricación de predicciones sobre el curso probable del cáncer, que podría ayudar a identidad de los médicos el curso más efectivo de la terapia.”

Las pruebas también mostraron que la viruta del nanotube del carbono puede capturar las células sin importar su talla y puede también capturar atados de CTCs además de las células individuales. (Los atados del adaptador de canal a canal son raros, pero aparecen tener una mayor capacidad de sembrar nuevos tumores que CTCs individual.) Porque las células establecen suavemente sobre los nanotubes y el cerrojo conectado con los zarcillos que extienden de la carrocería de célula, no se dañan.

Y mientras que las células capturadas se deben quitar de otros dispositivos para el análisis, que puede ser difícil con los dispositivos que utilizan los canales microfluidic estrechos y dan lugar a menudo a daño a las células, las células capturadas por la viruta del nanotube del carbono siguen siendo viables y pueden incluso ser cultivadas. Además, porque las virutas son transparentes, es posible manchar y estudiar las células capturadas sin la eliminación de ellas.

La viruta descrita en el laboratorio en un papel de la viruta es la última generación de una viruta líquida de la biopsia que ha sido en fase de desarrollo por varios años en el laboratorio de los pequeños sistemas de Panchapakesan en WPI en colaboración con la universidad de la Facultad de Medicina de Massachusetts y la universidad de Louisville.

Las virutas se hacen con los materiales y las técnicas de la fabricación de la mezcla similares a ésas usadas para hacer los semiconductores. El actual es un arsenal de 76 elementos de pozos de la prueba en una oblea del cristal y de silicio. Además de hacer la producción en masa posible, el diseño multi-bien hace fácil partir una muestra de sangre entre pozos múltiples. El pequeño volumen de sangre puesto en cada uno bien hace le posible más exacto a la cuenta el CTCs sujetado.

Panchapakesan dijo él cree que la última generación de viruta líquida de la biopsia del nanotube del carbono está lista para las juicios clínicas. Hacia ese extremo, él está trabajando con StrandSmart Inc., un lanzamiento de Silicon Valley llevado por el CEO Adrianna Davies. Las personas preven el probar de un punto del dispositivo (POC) del cuidado para descubrir el cáncer en los primeros tiempos global.

“Esta tecnología potencialmente salvavidas podría tener usos beneficiosos del múltiplo,” Panchapakesan dijo. “Podría ayudar a verter la luz en los procesos biológicos y genéticos complejos en el juego en cáncer. Podría descubrir cánceres en un primero tiempo muy capturando las células que los tumores nacientes vertieron en la sangre. Podría determinar CTCs con potencial metastático antes de que los nuevos tumores incluso comiencen, y podría ayudar a los tratamientos de la forma modificados para requisitos particulares al cáncer de cada persona.”

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.