Un nuevo dispositivo de diagnóstico ultrasensible inventado por investigadores de la Universidad de Kansas, El Centro Oncológico de la Universidad de Kansas y el Centro Médico KU podrían permitir a los médicos detectar el cáncer rápidamente a partir de una gota de sangre o plasma. conduciendo a intervenciones más oportunas y mejores resultados para los pacientes.

El "laboratorio en un chip" para el análisis de "biopsia líquida", reportado hoy en Ingeniería Biomédica de la Naturaleza , detecta exosomas:pequeños paquetes de información biológica producidos por las células tumorales para estimular el crecimiento del tumor o hacer metástasis.

"Históricamente, la gente pensaba que los exosomas eran como 'bolsas de basura' que las células podían usar para descargar contenidos celulares no deseados, "dijo el autor principal Yong Zeng, Docking Family Scholar y profesor asociado de química en KU. "Pero en la última década, Los científicos se dieron cuenta de que eran bastante útiles para enviar mensajes a las células receptoras y comunicar información molecular importante en muchas funciones biológicas. Básicamente, los tumores envían exosomas que empaquetan moléculas activas que reflejan las características biológicas de las células parentales. Si bien todas las células producen exosomas, las células tumorales son realmente activas en comparación con las células normales ".

La innovación clave del nuevo laboratorio en un chip es un método de nanoingeniería 3-D que mezcla y detecta elementos biológicos basados ​​en un patrón en espiga que se encuentra comúnmente en la naturaleza. empujar los exosomas en contacto con la superficie de detección del chip de manera mucho más eficiente en un proceso llamado "transferencia de masa".

"La gente ha desarrollado ideas inteligentes para mejorar la transferencia de masa en canales de microescala, pero cuando las partículas se acercan a la superficie del sensor, están separados por un pequeño espacio de líquido que crea una resistencia hidrodinámica creciente, "Dijo Zeng." Aquí, desarrollamos una estructura de espina de pescado nanoporosa 3-D que puede drenar el líquido en ese espacio para poner las partículas en contacto duro con la superficie donde las sondas pueden reconocerlas y capturarlas ".

Zeng comparó los nanoporos del chip con un millón de pequeños fregaderos de cocina:"Si tienes un fregadero lleno de agua y muchas bolas flotando en la superficie, ¿Cómo se ponen todas las bolas en contacto con el fondo del fregadero donde los sensores podrían analizarlas? La forma más sencilla es drenar el agua ".

Para desarrollar y probar el dispositivo de microfluidos pionero, Zeng se asoció con un experto en biomarcadores de tumores y el director adjunto del Centro Oncológico de KU, Andrew Godwin, en el Departamento de Patología y Medicina de Laboratorio del Centro Médico de KU. así como la estudiante graduada Ashley Tetlow en el Biomarker Discovery Lab de Godwin. Los colaboradores probaron el diseño del chip utilizando muestras clínicas de pacientes con cáncer de ovario, encontrar el chip podría detectar la presencia de cáncer en una minúscula cantidad de plasma.

"Nuestros estudios colaborativos continúan dando frutos y avanzan en un área crucial en la investigación del cáncer y la atención al paciente, a saber, herramientas innovadoras para la detección temprana, "dijo Godwin, quien se desempeña como Cátedra Distinguida del Canciller y Profesora de Ciencias Biomédicas y profesora y directora de oncología molecular, patología y medicina de laboratorio en KU Medical Center. "Esta área de estudio es especialmente importante para cánceres como el de ovario, dado que la gran mayoría de las mujeres son diagnosticadas en una etapa avanzada cuando, Desafortunadamente, la enfermedad es en su mayor parte incurable ".

Y lo que es más, los nuevos chips de microfluidos desarrollados en KU serían más baratos y más fáciles de fabricar que los diseños comparables, lo que permite realizar pruebas más amplias y menos costosas para los pacientes.

"Lo que creamos aquí es un método de nanopatrón tridimensional sin la necesidad de ningún equipo de nanofabricación sofisticado; un estudiante de pregrado o incluso de secundaria puede hacerlo en mi laboratorio, ", Dijo Zeng." Esto es tan simple y de bajo costo que tiene un gran potencial para traducirse en entornos clínicos. Hemos estado colaborando con el Dr. Godwin y otros laboratorios de investigación en The KU Cancer Center y el departamento de biociencias moleculares para explorar más a fondo las aplicaciones traslacionales de la tecnología ".

Según Zeng, con el diseño del chip de microfluidos ahora probado utilizando el cáncer de ovario como modelo, el chip podría ser útil para detectar una serie de otras enfermedades.

"Ahora, estamos mirando modelos de cultivo celular, modelos animales, y también muestras de pacientes clínicos, por lo que realmente estamos haciendo una investigación traslacional para trasladar el dispositivo del entorno de laboratorio a más aplicaciones clínicas, ", dijo." Casi todas las células de mamíferos liberan exosomas, por lo que la aplicación no se limita solo al cáncer de ovario o cualquier tipo de cáncer. Trabajamos con personas para analizar las enfermedades neurodegenerativas, cánceres de mama y colorrectal, por ejemplo."

En el campus de Lawrence de KU, Zeng trabajó con un equipo que incluía al becario postdoctoral Peng Zhang, estudiante de posgrado Xin Zhou en el Departamento de Química, así como Mei He, Profesor asistente de química e ingeniería química de KU.

Esta investigación fue apoyada por subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud, incluyendo una subvención conjunta R21 (CA1806846) y R33 (CA214333) entre Zeng y Godwin y la Instalación principal del repositorio de bioespecímenes del KU Cancer Center, financiado en parte por una subvención de apoyo al centro oncológico del Instituto Nacional del Cáncer (P30 CA168524).