Encontrar un puñado de células cancerosas que se esconden entre miles de millones de células sanguíneas en una muestra de paciente puede ser como encontrar una aguja en un pajar. En un nuevo enfoque habilitado por trampas de células impresas en 3D, los investigadores están retirando el heno para exponer las células cancerosas.
Atrapar los glóbulos blancos, que son aproximadamente del tamaño de las células cancerosas, y filtrar los glóbulos rojos más pequeños deja las células tumorales, que luego podrían usarse para diagnosticar la enfermedad, potencialmente proporcionar una advertencia temprana de recurrencia y permitirinvestigación sobre el proceso de metástasis del cáncer. El trabajo, dirigido por investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia, podría avanzar en el objetivo del tratamiento personalizado del cáncer al permitir la separación rápida y de bajo costo de las células tumorales que circulan en el torrente sanguíneo.
"Aislar las células tumorales circulantes de las muestras de sangre completa ha sido un desafío porque estamos buscando un puñado de células cancerosas mezcladas con miles de millones de glóbulos rojos y blancos normales", dijo A. Fatih Sarioglu, profesor asistente en la Escuela de Tecnología de Georgiade Ingeniería Eléctrica e Informática ECE. "Con este dispositivo, podemos procesar un volumen de sangre clínicamente relevante al capturar casi todos los glóbulos blancos y luego filtrar los glóbulos rojos por tamaño. Eso nos deja con un tumor no dañadocélulas que pueden secuenciarse para determinar el tipo de cáncer específico y las características únicas del tumor de cada paciente ".
La investigación se informó el 20 de septiembre en la revista Laboratorio en un chip y recibió el apoyo de una subvención inicial del Centro Integrado de Investigación del Cáncer en Georgia Tech.
Otros intentos de capturar células tumorales circulantes han intentado extraerlas de la sangre usando tecnología microfluídica que reconoce marcadores de superficie específicos en las células cancerosas. Pero debido a que el cáncer puede cambiar con el tiempo, las células malignas no pueden reconocerse con certeza.E incluso si pueden capturarse, las células tumorales deben eliminarse de los canales tortuosos del dispositivo y separarse del antígeno sin causar daño.
Sarioglu y sus colaboradores, incluido el estudiante graduado de ECE y el primer autor Chia-Heng Chu, decidieron adoptar un enfoque diferente, construyendo trampas impresas en 3D con antígenos para capturar los glóbulos blancos en una muestra. Las trampas impresas en 3D permitieron a los investigadorespara expandir en gran medida el área de superficie para capturar los glóbulos blancos a medida que pasan en las muestras de sangre. Los canales de fluido en zigzag, algunos de hasta medio metro de largo, aumentan la probabilidad de que cada glóbulo blanco entre en contacto con un canalpared.
"Los dispositivos microfluídicos habituales tienen una sola capa con alturas de canal de 50 a 100 micras", dijo Sarioglu. "Son gruesos, pero la mayoría son plásticos vacíos. El uso de la impresión 3D nos libera del canal único y nos permitecrear muchos canales en tres dimensiones que aprovechen mejor el espacio "
Si bien la impresión en 3D permitió un aumento en la densidad de canales, eso fue un desafío importante. Los dispositivos microfluídicos anteriores podían diseñarse con canales grabados para transportar la sangre. Pero con los procesos de impresión en 3D que se fabrican capa por capa, los canales teníanse llenará con cera para permitir que se construyan más canales encima de ellos. La estructura tortuosa del canal, diseñada para maximizar la interacción de la pared celular, hizo prácticamente imposible sacar la cera después de la fabricación.
La solución fue diseñar trampas de células que encajan en centrifugadoras estándar diseñadas para hacer girar muestras para separación. Las trampas se calentaron en la centrífuga y luego se centrifugaron para permitir que la cera derretida se escape. Después de eliminar la cera líquida, los canales recibieron el antígenorevestimiento.
Después de que se extraen los glóbulos blancos, los glóbulos rojos más pequeños pasan a través de un filtro comercial simple que atrapa las células cancerosas y los glóbulos blancos restantes. Las células tumorales se pueden extraer del filtro, que se integra en el 3Ddispositivo impreso.
El procesamiento mínimo de las muestras de sangre es una meta para el proyecto de poner el proceso a disposición de clínicas y hospitales sin requerir habilidades técnicas especializadas. Menos procesamiento también reduce el riesgo de daño a las células tumorales y minimiza otros cambios celulares que podrían sesgar la evaluación.
Como parte de la prueba de prueba principal, los investigadores recubrieron los glóbulos blancos con biotina para acelerar la prueba. Las trampas de células futuras usarán antígenos diseñados para atraer las células a las paredes del canal sin el paso de procesamiento de biotina.
Los investigadores probaron su enfoque al agregar células cancerosas a la sangre extraída de personas sanas. Debido a que sabían cuántas células se agregaron, pudieron determinar cuántas deberían extraer, y el experimento mostró que la trampa podría capturar alrededor del 90 por ciento del tumorLas pruebas posteriores de muestras de sangre de pacientes con cáncer de próstata aislaron células tumorales de una muestra de sangre completa de 10 mililitros.
Las pruebas incluyeron células de cáncer de próstata, mama y ovario, pero Sarioglu cree que el dispositivo capturará células tumorales circulantes de cualquier tipo de cáncer porque el mecanismo de extracción se dirige a las células sanguíneas en lugar de a las células cancerosas.
Los próximos pasos serán estrechar los canales en el dispositivo, probar la extracción de glóbulos blancos sin el uso de biotina, aumentar el porcentaje de extracción de glóbulos blancos y conectar trampas de células para aumentar la capacidad de captura.
"Esperamos que esta sea realmente una herramienta habilitadora para los médicos", dijo Sarioglu. "En nuestro laboratorio, la mentalidad siempre es traducir nuestra investigación haciendo que el dispositivo sea lo suficientemente simple como para ser utilizado en hospitales, clínicas y otras instalaciones queayudará a diagnosticar enfermedades en pacientes "
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Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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