Lekarze i inżynierowie z University of Michigan opracowali prototypowe urządzenie, które może pobierać żywe komórki rakowe bezpośrednio z krwi pacjenta. Miałoby stanowić alternatywę do biopsji.
Nikt nie chce mieć biopsji. Gdyby możliwe było uzyskanie wystarczającej ilości komórek rakowych z krwi, moglibyśmy wykorzystać je do poznania biologii nowotworu i do opieki nad pacjentami. To ekscytujące. – powiedział dr Daniel F. Hayes, profesor badań nad rakiem piersi na University of Michigan Rogel Cancer Center.
Guzy mogą uwolnić do krwiobiegu ponad 1000 komórek rakowych, w ciągu 1 minuty. Obecnie komórki rakowe z krwi pobierane są z próbek od pacjenta, zazwyczaj jest to nie więcej niż 1 łyżka przy każdym zabiegu. W niektórych badaniach – nawet u pacjentów z zaawansowanym nowotworem – komórki rakowe nie są widoczne. Typowa próba zawiera zaś nie więcej niż 10 komórek.
Opracowane przez naukowców urządzenie, może w ciągu kilku godzin spędzonych w szpitalu wychwytywać komórki rakowe bezpośrednio z żyły. To pozwala zbadać większą objętość krwi pacjenta. W testach na zwierzętach, chip wychwytujący komórki złapał ich 3,5 razy więcej (na milimetr krwi), niż w porównaniu do tradycyjnych próbek.
Jak mówi dr Sunitha Nagrath, profesor inżynierii chemicznej z Rogel Cancer Center and the Biointerfaces Institute na University of Michigan:
To jakby porównywać pracę monitoringu, który robi zdjęcie co 5 minut lub nagrywa film. Jeśli intruz wejdzie między wykonywanymi zdjęciami, może tego nigdy nie zauważyć.
Badania pokazują, że większość komórek rakowych nie jest w stanie przetrwać w krwiobiegu. Jednak te którym się udaje, mają większą szansę na stworzenie nowego guza. Zwykle śmiertelne są właśnie te zmiany (guzki satelitarne/przerzuty), a nie guz pierwotny. Tak więc komórki rakowe z krwi mogą dostarczyć lepszych informacji potrzebnych do zaplanowania leczenia, niż konwencjonalna biopsja.
Urządzenie zostało przetestowane na psach we Flint Animal Cancer Center, we współpracy z profesorem onkologii weterynaryjnej i dyrektorem badań klinicznych na Colorado State University, Douglasem Thammem. Zdrowym zwierzętom wstrzykiwano ludzkie komórki rakowe, które są eliminowane przez ich układ odpornościowy w ciągu kilku godzin, bez trwałych efektów. W ciągu pierwszych 2 godzin psom podano łagodny środek uspokajający i podłączono do urządzenia, które zbadało 1-2% ich krwi. W tym samym czasie pobierano im krew co 20 minut i wyciągano komórki rakowe za pomocą chipa tego samego projektu.
Dzięki nowej technologii urządzenie które ma zwykle wielkość piekarnika, jest na tyle małe by założyć je na nadgarstku i podłączyć do żyły w ręce. Przy projektowaniu go pomagała dr Laura Cooling, profesor patologii klinicznej, pełniąca również funkcje zastępca banku krwi.
Najtrudniejsze było zintegrowanie wszystkich elementów w jednym urządzeniu, a następnie upewnienie się, że krew nie krzepnie, komórki nie zatykają układu scalnego i całe urządzenie jest zupełnie sterylne. – mówi dr Tae Hyun Kim, doktorant elektrotechniki w Nagrath Lab i doktor habilitowany w California Institute of Technology.
Zespół opracował protokół mieszania krwi z lekiem zapobiegającym krzepnięciu oraz metod sterylizacji eliminujących bakterie, bez uszkadzania markerów immunologicznych lub przeciwciał. Doktor Kim do wydrukowanego metodą 3D pudełka z elektroniką i układem wychwytywania komórek rakowych,włożył też kilka najmniejszych pomp klas medycznej.
Układ wykorzystuje nanomateriałowy tlenek grafenu, do tworzenia gęstych struktur zakończonych przeciwciałami łańcuchów molekularnych. Dzięki temu zatrzymane zostaje ponad 80% komórek rakowych, które przepływają przez pełną krew. Chip może zostać też wykorzystany do hodowli z wychwyconych komórek, by wytworzyć większe próbki do dalszej analizy.
W dalszych etapach zespół naukowców ma nadzieję na zwiększenie szybkości przetwarzania krwi. Następnie pod kierownictwem dr. Douglasa Thammema wykorzystają zoptymalizowany system do przechwytywania komórek rakowych od psów domowych, które są pacjentami centrum onkologicznego. Obecnie w laboratorium w Nagrath opracowywane są chipy, celujące w białka na powierzchni komórek raka piersi u psów.
Doktor Daniel F. Hayes szacuje, że próby na ludziach mogą rozpocząć się za 3-5 lat. Mogłoby wspomóc tworzenie lepszych planów leczenia nowotworów, umożliwiając lekarzom sprawdzenie czy komórki rakowe wytwarzają cząsteczki, służące jako cele dla wielu nowszych leków przeciwnowotworowych.
To typowy przykład medycyny precyzyjnej, tak ekscytującej dziedziny onkologii. – dodaje dr Hayes.
Źródło:
Opracowała Ewa Wysocka
