Las muestras de sangre pasan a través de chips de microfluidos. Los patrones dorados son demasiado pequeños para distinguirlos a simple vista en el dispositivo de trabajo, resultando en un brillo metálico. Crédito:Joseph Xu, Comunicaciones y marketing de ingeniería de Michigan
(Phys.org) —Un chip de microfluidos desarrollado en la Universidad de Michigan se encuentra entre los mejores para capturar células tumorales circulantes esquivas de la sangre, y puede apoyar el crecimiento de las células para análisis adicionales.
El dispositivo, se cree que es el primero en emparejar estas funciones, utiliza el óxido de grafeno de material electrónico avanzado. En clínicas, un dispositivo de este tipo podría algún día ayudar a los médicos a diagnosticar cánceres, Brindar pronósticos más precisos y probar opciones de tratamiento en células cultivadas sin someter a los pacientes a biopsias tradicionales.
"Si podemos hacer que estas tecnologías funcionen, promoverá nuevos medicamentos contra el cáncer y revolucionará el tratamiento de los pacientes con cáncer, "dijo el Dr. Max Wicha, director del Centro Oncológico de la U-M y coautor de un artículo sobre el nuevo dispositivo, publicado en línea esta semana en Nanotecnología de la naturaleza .
"Las células tumorales circulantes desempeñarán un papel importante en el diagnóstico precoz del cáncer y nos ayudarán a comprender si los tratamientos funcionan en nuestros pacientes con cáncer al servir como una biopsia 'líquida' para evaluar las respuestas al tratamiento en tiempo real, "dijo la coautora, la Dra. Diane Simeone, el profesor Lazar J. Greenfield de Cirugía de la Facultad de Medicina de la U-M y director del Programa de Oncología Traslacional.
"Los estudios de las células tumorales circulantes también nos ayudarán a comprender los mecanismos biológicos básicos por los cuales las células cancerosas hacen metástasis o se diseminan a órganos distantes, la principal causa de muerte en los pacientes con cáncer".
Sin embargo, estas células no están cumpliendo su promesa en medicina porque son muy difíciles de separar de una muestra de sangre. dicen los investigadores. En la sangre de pacientes con cáncer en estadio temprano, representan menos de una de cada mil millones de células, así que atraparlos es más difícil que encontrar la proverbial aguja en un pajar.
"Puedo quemar el pajar o usar un imán enorme, "dijo Sunitha Nagrath, un profesor asistente de ingeniería química, quien dirigió la investigación. "Cuando se trata de células tumorales circulantes, casi se parecen, se sienten, como cualquier otra célula sanguínea ".
Un microscopio óptico revela una célula cancerosa adherida al patrón floral.
En su chip de microfluidos, El equipo de Nagrath cultivó densos bosques de cadenas moleculares, cada uno equipado con un anticuerpo para agarrarse a las células cancerosas.
Incluso después de capturar las células, todavía es difícil ejecutar un análisis sólido en solo un puñado de ellos, dicen los investigadores. Es por eso que esta demostración de captura de células tumorales altamente sensible, combinado con la capacidad de hacer crecer las células en el mismo dispositivo, es tan prometedor.
Hyeun Joong Yoon, un investigador postdoctoral en el laboratorio de Nagrath con experiencia en ingeniería eléctrica, fue fundamental en la fabricación del chip de microfluidos. Comenzó con una base de silicio y agregó una cuadrícula de casi 60, 000 formas planas de oro, como flores de cuatro pétalos, cada uno no más ancho que un mechón de cabello.
Las flores doradas atrajeron naturalmente un material relativamente nuevo llamado óxido de grafeno. Estas láminas de carbono y oxígeno, solo unos pocos átomos de espesor, se superpusieron sobre el oro. Esta formación en capas permitió al equipo hacer crecer las cadenas moleculares de captura de células tumorales de manera tan densa.
"Es casi como si cada grafeno tuviera muchos nano-brazos para capturar células, "Dijo Nagrath.
Para probar el dispositivo, el equipo pasó muestras de sangre de un mililitro a través de la cámara delgada del chip. Incluso cuando habían agregado solo de tres a cinco células cancerosas a los 5-10 mil millones de glóbulos, el chip pudo capturar todas las células de la muestra la mitad del tiempo, con un promedio del 73 por ciento en 10 ensayos.
"Eso es lo más alto que cualquiera ha mostrado en la literatura para aumentar un número tan bajo de células, "Dijo Nagrath.
Las células cancerosas brillan en verde con etiquetas fluorescentes.
El equipo contó las células cancerosas capturadas marcándolas con moléculas fluorescentes y observándolas a través de un microscopio. Estas etiquetas hicieron que las células cancerosas fueran fáciles de distinguir de las células sanguíneas capturadas accidentalmente. También cultivaron células de cáncer de mama durante seis días, usando un microscopio electrónico para ver cómo se extienden por las flores doradas.
"Cuando tienes células individuales, la cantidad de material en cada celda es a menudo tan pequeña que es difícil desarrollar ensayos moleculares, ", Dijo Wicha." Este dispositivo permite que las células crezcan en cantidades más grandes para que pueda hacer un análisis genético más fácilmente ".
El chip podría capturar páncreas, células de cáncer de mama y de pulmón de muestras de pacientes. A Nagrath le sorprendió que el dispositivo fuera capaz de capturar alrededor de cuatro células tumorales por mililitro de sangre de los pacientes con cáncer de pulmón. a pesar de que tenían la forma de la enfermedad en etapa temprana.
Trabajando en un equipo compuesto por ingenieros y profesionales médicos en la U-M, Nagrath es optimista de que la nueva técnica pueda llegar a las clínicas en tres años.
El artículo se titula "Captura sensible de células tumorales circulantes mediante nanohojas funcionalizadas de óxido de grafeno". La universidad está buscando la protección de patentes para la propiedad intelectual y está buscando socios de comercialización para ayudar a llevar la tecnología al mercado.
