Nowe urządzenie może wykryć raka już w jednej kropli krwi
Niektóre rodzaje raka, takie jak rak jajnika, zwykle pozostają niewykryte, dopóki nie są zbyt zaawansowane, aby leczenie było skuteczne. Teraz innowacyjne narzędzie może być w stanie wykryć raka łatwo, szybko i w niewielkich ilościach krwi.
Chcąc znaleźć prosty i skuteczny sposób identyfikacji trudnych do zdiagnozowania nowotworów, naukowcy z University of Kansas (KU) w Lawrence oraz z KU Cancer Center i KU Medical Center w Kansas City opracowali ultraczułe urządzenie do wykrywania raka. urządzenie.
Urządzenie, zwane „trójwymiarowym nanowzorem mikroprzepływowym chipem”, może z powodzeniem wykrywać markery nowotworowe w najmniejszej kropli krwi lub w składniku krwi zwanym osoczem.
Główny autor Yong Zeng, profesor chemii na KU, i jego zespół opisują, jak działa to nowatorskie narzędzie w artykule opublikowanym w czasopiśmie Inżynieria biomedyczna przyrody opublikował.
To urządzenie, wyjaśniają naukowcy, identyfikuje i diagnozuje raka poprzez „filtrowanie” w poszukiwaniu egzosomów, które są małymi pęcherzykami wytwarzanymi przez niektóre komórki eukariotyczne.
W przypadku komórek rakowych egzosomy zawierają informacje biologiczne, które mogą kierować wzrostem i rozprzestrzenianiem się guza.
„Historycznie ludzie myśleli, że egzosomy są jak„ worki na śmieci ”, których komórki mogą używać do zrzucania niechcianej zawartości komórkowej” - wyjaśnia Zeng. „Ale w ciągu ostatniej dekady” - dodaje - „naukowcy zdali sobie sprawę, że są całkiem przydatni do wysyłania wiadomości do komórek biorców i przekazywania informacji molekularnych ważnych dla wielu funkcji biologicznych”.
„Zasadniczo guzy wysyłają egzosomy pakujące aktywne cząsteczki, które odzwierciedlają biologiczne cechy komórek rodzicielskich. Podczas gdy wszystkie komórki wytwarzają egzosomy, komórki nowotworowe są naprawdę aktywne w porównaniu z normalnymi komórkami ”- zauważa Zeng.
Narzędzie diagnostyczne o wysokiej czułości
Nowatorskie urządzenie to trójwymiarowe narzędzie do nanoinżynierii ze wzorem w jodełkę, które „grzebie” w poszukiwaniu egzosomów, popychając je do kontaktu z powierzchnią chipa narzędzia do analizy. Ten proces nazywa się „przenoszeniem masy”.
„Ludzie opracowali sprytne pomysły, aby poprawić przenoszenie masy w kanałach mikroskali, ale kiedy cząsteczki zbliżają się do powierzchni czujnika, są oddzielone małą szczeliną cieczy, która stwarza rosnący opór hydrodynamiczny” - zauważa Zeng.
„Tutaj opracowaliśmy trójwymiarową nanoporowatą strukturę w jodełkę, która może odprowadzać ciecz w tej szczelinie, aby doprowadzić cząsteczki do twardego kontaktu z powierzchnią, gdzie sondy mogą je rozpoznać i wychwycić” - wyjaśnia dalej.
W celu opracowania tego najnowocześniejszego urządzenia Zeng i zespół współpracowali z Andrew Godwinem, ekspertem w dziedzinie biomarkerów nowotworowych i obecnym zastępcą dyrektora KU Cancer Center.
Aby przetestować skuteczność chipa, naukowcy wykorzystali próbki kliniczne od osób z rakiem jajnika - typem raka, który jest niezwykle trudny do wykrycia.
W ten sposób zespół odkrył, że chip był w stanie wykryć obecność tego raka nawet w najmniejszej ilości osocza.
„Nasze wspólne badania nadal przynoszą owoce i rozwijają dziedzinę kluczową dla badań nad rakiem i opieką nad pacjentami - mianowicie innowacyjne narzędzia do wczesnego wykrywania”, mówi Godwin, wskazując, że „ten obszar badań jest szczególnie ważny w przypadku nowotworów, takich jak jajniki, biorąc pod uwagę, że większość kobiet jest diagnozowana w zaawansowanym stadium, kiedy niestety choroba jest w większości nieuleczalna ”.
Wiele zastosowań klinicznych
Naukowcy są również zachwyceni, że nowe urządzenie jest łatwe do wykonania, a także tanie w produkcji, co oznacza, że możliwa jest szeroka dystrybucja bez zwiększania kosztów pacjentów.
„Stworzyliśmy tutaj trójwymiarową metodę nanowzorcowania bez konieczności posiadania wyszukanego sprzętu do nanofabrykacji - student, a nawet licealista może to zrobić w moim laboratorium” - zauważa Zeng.
„Jest to tak proste i niedrogie, że ma ogromny potencjał do przełożenia na warunki kliniczne” - podkreśla, wyjaśniając, że zespół „współpracował z dr Godwinem i innymi laboratoriami badawczymi w KU Cancer Center i biologii molekularnej aby dalej badać translacyjne zastosowania tej technologii ”.
Co ważniejsze, Zeng i współpracownicy argumentują, że to innowacyjne urządzenie jest w zasadzie bardzo elastyczne. Uważają, że w przyszłości lekarze mogliby go wykorzystać do diagnozowania wielu różnych postaci raka, a także innych chorób.
„Teraz przyglądamy się modelom hodowli komórkowych, modelom zwierzęcym, a także próbkom klinicznym pacjentów, więc naprawdę prowadzimy pewne badania translacyjne, aby przenieść urządzenie z laboratorium do bardziej klinicznych zastosowań” - mówi główny badacz.
„Prawie wszystkie komórki ssaków uwalniają egzosomy, więc zastosowanie nie ogranicza się tylko do raka jajnika lub jednego rodzaju raka. Pracujemy z ludźmi, aby przyjrzeć się na przykład chorobom neurodegeneracyjnym, rakom piersi i jelita grubego ”.
Yong Zeng
