Un prototipo de dispositivo portátil, probado en modelos animales, puede recolectar continuamente células cancerosas vivas directamente de la sangre de un paciente.
Desarrollado por un equipo de ingenieros y médicos de la Universidad de Michigan, podría ayudar a los médicos a diagnosticar y tratar el cáncer de manera más efectiva.
"Nadie quiere hacerse una biopsia. Si pudiéramos obtener suficientes células cancerosas de la sangre, podríamos usarlas para aprender sobre la biología del tumor y la atención directa a los pacientes. Esa es la emoción de por qué estamos haciendo esto".dice Daniel F. Hayes, MD, Stuart B. Padnos Profesor de Investigación del Cáncer de Mama en el Centro de Cáncer Rogel de la Universidad de Michigan y autor principal del artículo en Comunicaciones de la naturaleza .
Los tumores pueden liberar más de 1,000 células cancerosas en el torrente sanguíneo en un solo minuto. Los métodos actuales para capturar células cancerosas de la sangre dependen de muestras del paciente, generalmente no más de una cucharada tomada en una sola extracción.sin células cancerosas, incluso en pacientes con cáncer avanzado, y una muestra típica no contiene más de 10 células cancerosas.
Durante un par de horas en el hospital, el nuevo dispositivo podría capturar continuamente células cancerosas directamente de la vena, examinando volúmenes mucho más grandes de la sangre de un paciente. En las pruebas con animales, el chip de captura de células en el dispositivo portátil quedó atrapado 3,5 vecesmuchas células cancerosas por mililitro de sangre como lo hicieron las muestras en ejecución recolectadas por extracción de sangre.
"Es la diferencia entre tener una cámara de seguridad que toma una instantánea de una puerta cada cinco minutos o toma un video. Si un intruso entra entre las instantáneas, no lo sabría", dice Sunitha Nagrath, Ph.D.., profesor asociado de ingeniería química en la UM, quien dirigió el desarrollo del dispositivo.
La investigación muestra que la mayoría de las células cancerosas no pueden sobrevivir en el torrente sanguíneo, pero las que lo hacen tienen más probabilidades de comenzar un nuevo tumor. Por lo general, son estos tumores satélite, llamados metástasis, los que son mortales, en lugar del tumor original.Esto significa que las células cancerosas capturadas de la sangre podrían proporcionar una mejor información para planificar los tratamientos que las de una biopsia convencional.
El equipo probó el dispositivo en perros en el Flint Animal Cancer Center de la Universidad Estatal de Colorado en colaboración con Douglas Thamm, VMD, profesor de oncología veterinaria y director de investigación clínica allí. Inyectaron células de cáncer humano en animales adultos sanos, que son célulaseliminado por el sistema inmune de los perros en el transcurso de unas pocas horas sin efectos duraderos.
Durante las primeras dos horas después de la inyección, se les dio a los perros un sedante suave y se conectaron al dispositivo, que examinó entre el 1 y el 2 por ciento de su sangre. Al mismo tiempo, a los perros se les extrajo sangre cada 20 minutos, yLas células cancerosas en estas muestras fueron recolectadas por un chip del mismo diseño.
El dispositivo reduce una máquina que normalmente es del tamaño de un horno a algo que podría usarse en la muñeca y conectarse a una vena en el brazo. Para obtener ayuda con el diseño, el equipo de ingeniería recurrió a Laura Cooling, MD,profesora de patología clínica en la UM y directora asociada del banco de sangre, donde administra los sistemas de tamaño completo.
"Las partes más difíciles fueron la integración de todos los componentes en un solo dispositivo y luego garantizar que la sangre no se coagule, que las células no obstruyan el chip y que todo el dispositivo sea completamente estéril", dice Tae HyunKim, Ph.D., que obtuvo su doctorado en ingeniería eléctrica en el Laboratorio Nagrath y ahora es un académico postdoctoral en el Instituto de Tecnología de California.
Desarrollaron protocolos para mezclar la sangre con heparina, un medicamento que previene la coagulación, y métodos de esterilización que mataron a las bacterias sin dañar los marcadores inmunes o anticuerpos dirigidos a las células en el chip. Kim también empaquetó algunos de los más pequeños de grado médicobombas en una caja impresa en 3D con la electrónica y el chip de captura de células cancerosas.
El chip en sí es un nuevo giro en uno de los dispositivos con mayor tasa de captura del laboratorio de Nagrath. Utiliza el óxido de grafeno nanomaterial para crear densos bosques de cadenas moleculares con punta de anticuerpo, lo que le permite atrapar más del 80 por ciento de loscélulas cancerosas en la sangre entera que fluye a través de ella. El chip también se puede utilizar para hacer crecer las células cancerosas capturadas, produciendo muestras más grandes para su posterior análisis.
En los próximos pasos para el dispositivo, el equipo espera aumentar la velocidad de procesamiento de la sangre. Luego, liderados por Thamm, utilizarán el sistema optimizado para capturar las células cancerosas de los perros que llegan al centro de cáncer como pacientes.Las proteínas en las superficies de las células de cáncer de mama canino se están desarrollando en el laboratorio de Nagrath ahora.
Hayes estima que el dispositivo podría comenzar los ensayos en humanos en tres a cinco años. Se utilizaría para ayudar a optimizar los tratamientos para los cánceres humanos al permitir que los médicos vean si las células cancerosas producen las moléculas que sirven como objetivos para muchos medicamentos contra el cáncer más nuevos.
"Este es el epítome de la medicina de precisión, que es tan emocionante en el campo de la oncología en este momento", dice Hayes.
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Materiales proporcionados por Medicina de Michigan - Universidad de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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