Разработанный командой инженеров и врачей из Мичиганского университета, он может помочь врачам более эффективно диагностировать и лечить рак.
"Никто не хочет делать биопсию. Если бы мы могли получить достаточное количество раковых клеток из крови, мы могли бы использовать их для изучения биологии опухоли и оказания непосредственной помощи пациентам.
Вот почему мы это делаем », – говорит Дэниел Ф. Хейс, М.D., Стюарт Б. Профессор Падноса по исследованию рака груди в Онкологическом центре Рогеля Мичиганского университета и старший автор статьи в Nature Communications.
Опухоли могут высвободить более 1000 раковых клеток в кровоток за одну минуту. Современные методы захвата раковых клеток из крови основаны на образцах, взятых у пациента – обычно не более столовой ложки, взятой за один прием. Некоторые анализы крови показывают отсутствие раковых клеток даже у пациентов с запущенным раком, а типичный образец содержит не более 10 раковых клеток.
В течение пары часов в больнице новое устройство могло непрерывно захватывать раковые клетки прямо из вены, проверяя гораздо большие объемы крови пациента. В тестах на животных чип для захвата клеток в носимом устройстве захватил 3.В 5 раз больше раковых клеток на миллилитр крови, чем в пробах, взятых при взятии крови.
"Это разница между камерой наблюдения, которая делает снимок двери каждые пять минут или снимает видео.
Если злоумышленник войдет в промежуток между снимками, вы не узнаете об этом », – говорит Сунита Награт, доктор философии.D., адъюнкт-профессор химического машиностроения в U-M, который руководил разработкой устройства.
Исследования показывают, что большинство раковых клеток не могут выжить в кровотоке, но те, которые выживают, с большей вероятностью разовьются новой опухолью.
Как правило, смертельными являются именно эти опухоли-спутники, называемые метастазами, а не исходная опухоль. Это означает, что раковые клетки, взятые из крови, могут предоставить лучшую информацию для планирования лечения, чем клетки при обычной биопсии.
Команда протестировала устройство на собаках в Центре рака животных Флинта при Университете штата Колорадо в сотрудничестве с Дугласом Таммом, профессором ветеринарной онкологии и директором клинических исследований. Они вводили здоровым взрослым животным раковые клетки человека, которые удаляются иммунной системой собак в течение нескольких часов без каких-либо длительных эффектов.
В течение первых двух часов после инъекции собакам давали слабое успокаивающее средство и подключали к устройству, которое проверяло 1-2 процента их крови. В то же время у собак каждые 20 минут брали кровь, и раковые клетки в этих образцах собирали чипом той же конструкции.
Устройство сжимает машину, которая обычно размером с духовку, до того, что можно носить на запястье и соединить с веной на руке. За помощью в проектировании команда инженеров обратилась к Laura Cooling, M.D., профессор клинической патологии в U-M и заместитель директора банка крови, где она управляет полноразмерными системами.
«Самыми сложными частями были объединение всех компонентов в одном устройстве, а затем обеспечение того, чтобы кровь не свертывалась, клетки не забивали чип и что все устройство было полностью стерильным», – говорит Тэ Хён Ким.
Ph.D., он получил докторскую степень по электротехнике в лаборатории Награта, а сейчас является научным сотрудником Калифорнийского технологического института.
Они разработали протоколы смешивания крови с гепарином, лекарством, предотвращающим свертывание, и методы стерилизации, которые убивают бактерии, не повреждая нацеленные на клетки иммунные маркеры или антитела на чипе. Ким также упаковала некоторые из самых маленьких медицинских насосов в коробку, напечатанную на 3D-принтере, с электроникой и чипом для улавливания раковых клеток.
Сам чип – это новая разработка одного из устройств с самой высокой скоростью захвата из лаборатории Награта.
Он использует наноматериал оксида графена для создания густых лесов молекулярных цепочек с кончиками антител, что позволяет ему улавливать более 80 процентов раковых клеток в цельной крови, которая течет через него. Чип также можно использовать для выращивания захваченных раковых клеток с получением более крупных образцов для дальнейшего анализа.
На следующих этапах разработки устройства команда надеется увеличить скорость обработки крови.
Затем, во главе с Таммом, они будут использовать оптимизированную систему для захвата раковых клеток домашних собак, которые поступают в онкологический центр в качестве пациентов. Чипы, нацеленные на белки на поверхности клеток рака груди собак, сейчас разрабатываются в лаборатории Награта.
Хейс считает, что испытания устройства на людях начнутся через три-пять лет.
Он будет использоваться, чтобы помочь оптимизировать лечение рака человека, позволяя врачам видеть, производят ли раковые клетки молекулы, которые служат мишенями для многих новых противораковых препаратов.
«Это воплощение точной медицины, которая сейчас так интересна в области онкологии», – говорит Хейс.