Стеклянная пластина с наноразмерной шероховатостью может быть простым способом для ученых захватить и изучить циркулирующие опухолевые клетки, которые переносят рак вокруг тела через кровоток.
Инженеры и медицинские исследователи из Мичиганского университета разработали такую настройку, которая, как они говорят, использует более сильный стимул раковых клеток, чтобы оседать и связываться по сравнению с нормальными клетками крови.
Считается, что циркулирующие опухолевые клетки способствуют метастазированию рака, мрачному процессу заболевания, распространяющегося от исходного места до отдаленных тканей. Анализы крови, которые подсчитывают эти клетки, могут помочь врачам предсказать, как долго будет жить больной с распространенным раком.
Так же важно, как и кастовые клетки, ученые не знают о них много. Они редки, примерно на 1 миллиард клеток крови. И они не все одинаковы, даже если они происходят из той же опухоли. Существующие инструменты для их изоляции захватывают только определенные типы клеток – те, которые экспрессируют специфические поверхностные белки или больше, чем нормальные клетки крови.
Например, широко используемая одобренная FDA система CellSearch использует магнитные шарики, покрытые антителами, для поиска опухолевых клеток и связывания с ними. Но не все циркулирующие опухолевые клетки экспрессируют белки, распознаваемые этими антителами. Возможно, что самые опасные, известные как раковые стволовые клетки или клетки-предшественники, возможно, пролили это контрольное пальто, тем самым уклонившись от подходов, основанных на антителах.
Исследователи говорят, что их система, вероятно, могла бы захватить эти стволовые клетки стелс-рака, что еще не доказало, что исследовательская группа еще не достигнута.
«Наша система может захватывать большинство циркулирующих опухолевых клеток независимо от их поверхностных белков или их физических размеров, и это может включать раковый предшественник или инициирующие клетки», – сказал Цзяньпин Фу, доцент механики и биомедицинской инженерии, и старший автор документ о технике, опубликованной в Интернете в ACS Nano.
Фу и его инженерные коллеги объединились с U-M старшим исследователем рака и клиницистом рака молочной железы доктором Софью Мерайвер и ее командой. Эта многодисциплинарная группа полагает, что, хотя устройство может в один прекрасный день улучшить диагностику рака и прогноз, его первым применением было бы для исследователей изолировать живые циркулирующие опухолевые клетки от образцов крови и изучать их биологические и физические свойства.
«Понимание физического поведения и характера этих циркулирующих опухолевых клеток, безусловно, поможет нам лучше понять один из самых сложных вопросов в биологии рака – метастатический каскад, то есть, как распространяется болезнь», – сказал Фу. «Наша система может обеспечить эффективный и мощный способ захвата живых циркулирующих опухолевых клеток и использовать их в качестве суррогата для изучения метастатического процесса».
Но захват их, как непростой, как он доказал, является только началом, сказал Мерайвер, который провел последние 18 лет, изучая клеточные сигналы и физические свойства высокоактивных раковых клеток.
«Применение интегративной биологии необходимо, чтобы собрать историю того, как эти клетки ведут себя вовремя, чтобы достичь успешных метастазов и тем самым обнаружить пути подавления этого смертоносного развития», – сказал Мерайвер. «Наше сотрудничество с лабораторией Фу является примером инноваций, необходимых для войны против науки о раковой группе из лаборатории, вплоть до клиники».
В своих экспериментах исследователи использовали стандартную и недорогую методику микрообработки, называемую «реактивное ионное травление», к шероховатым стеклам с наноразмерным разрешением. Затем они продуцировали разные образцы крови раковыми клетками, полученными из тканей молочной железы человека, шейки матки и предстательной железы. Когда они выливали образцы поверх стеклянных пластин, поверхности стекла нанопорошка захватывали в среднем от 88 до 95 процентов раковых клеток.
Фу подсказывает, почему.
«Кровь крови внутренне плавает», – сказал Фу. «Раковые клетки, включая циркулирующие опухолевые клетки, полученные из твердых опухолей, являются предположительно адгезивными клетками. Они могут уйти от первичной опухоли, сохраняя при этом определенные адгезионные свойства, которые позволяют им прикрепляться и устанавливать другую опухоль ».
В других исследованиях исследователи заметили, что циркулирующие опухолевые клетки склонны прилипать к шероховатым поверхностям. Но шероховатые поверхности в этих исследованиях были покрыты захватными антителами. Эти новые поверхности наностержней не требуют захвата антител.
«Наш метод представляет собой значительное улучшение, так как он может быть применен в принципе к любой раковой клетке, которая поступает из твердых опухолей», – сказал Фу.
Документ озаглавлен «Наноугенные поверхности для эффективного захвата циркулирующих опухолевых клеток без использования захватных антител». Университет проводит патентную защиту интеллектуальной собственности и ищет партнеров по коммерциализации, чтобы помочь вывести технологию на рынок.