Ein Prototyp wearable-Gerät, getestet in Tiermodellen, kann kontinuierlich erfassen live-Krebs-Zellen direkt aus dem Blut eines Patienten.
Entwickelt von einem team von Ingenieuren und ärzten an der Universität von Michigan, es könnte helfen, ärzte diagnostizieren und behandeln Krebs effektiver.
„Niemand will eine Biopsie. Wenn wir genug Krebszellen aus dem Blut, wir könnten Sie nutzen, um Informationen über die Tumorbiologie und die direkte Pflege der Patienten. Das ist die Aufregung, warum wir das tun“, sagt Daniel F. Hayes, M. D., Stuart B. Padnos Professor für Brustkrebs-Forschung an der Universität von Michigan Rogel Cancer Center und leitende Autor auf dem Papier in Nature Communications.
Tumoren können die Veröffentlichung mehr als 1.000 Krebszellen in die Blutbahn in einer einzigen minute. Aktuelle Methoden der Erfassung von Krebszellen aus Blut verlassen sich auf Proben aus dem Patienten—in der Regel nicht mehr als ein Esslöffel in einem einzigen Remis. Etwas Blut zieht wieder mit nicht-Krebs-Zellen, selbst bei Patienten mit fortgeschrittenem Krebs, und ein typisches Beispiel enthält nicht mehr als 10 Krebs-Zellen.
Über ein paar Stunden im Krankenhaus, das neue Gerät konnte kontinuierlich erfassen Krebszellen direkt aus der Vene, screening deutlich größere Mengen von Blut des Patienten. In Tierversuchen, den cell-chip greifen in den wearable-Gerät gefangen 3,5-mal so viele Krebs Zellen pro milliliter Blut, wie Sie es Tat ausgeführt Proben von Blut zeichnen.
„Es ist der Unterschied zwischen einer Sicherheits-Kamera, nimmt einen Schnappschuss von einer Tür alle fünf Minuten oder nimmt ein video auf. Wenn ein Eindringling betritt zwischen den snapshots, die Sie nicht erfahren würden“, sagt Sunitha Nagrath, Ph. D., associate professor of chemical engineering an der U-M, die led der Entwicklung des Gerätes.
Forschung zeigt, dass die meisten Krebszellen können nicht überleben in der Blutbahn, sondern diejenigen, die dies tun, sind mehr wahrscheinlich zu Beginn eines neuen Tumors. In der Regel ist es diese Sat-Tumoren, sogenannte Metastasen, das sind tödliche, sondern als der ursprüngliche tumor. Dies bedeutet, Krebszellen erfasst von Blut könnte eine bessere information für die Planung von Behandlungen als die aus einer herkömmlichen Biopsie.
Das team testete das Gerät bei Hunden an der Colorado State University Flint Tier Cancer Center in Zusammenarbeit mit Douglas Thamm, VMD, professor der Veterinär-Onkologie und Direktor der klinischen Forschung. Sie injizierten gesunden Erwachsenen Tieren mit menschlichen Krebs-Zellen, die beseitigt, indem die Hunde das Immunsystem im Laufe von ein paar Stunden mit keine dauerhaften Effekte.
Für die ersten zwei Stunden nach der Injektion, wurden die Hunde ein mildes Beruhigungsmittel gegeben und an das Gerät angeschlossen, die abgeschirmt zwischen 1-2 Prozent von Ihrem Blut. Zur gleichen Zeit, die Hunde hatten Blut gezeichnet alle 20 Minuten, und die Krebs-Zellen in diesen Proben wurden durch einen chip mit dem gleichen design.
Das Gerät schrumpft eine Maschine ist, die typischerweise die Größe des Ofens nach unten, um etwas, das am Handgelenk getragen werden und mit einer Vene in den arm. Für die Hilfe mit dem design, dem engineering-team wandte sich an Laura Kühlung, M. D., ein professor der klinischen Pathologie an der U-M und stellvertretender Direktor der Blutbank, wo Sie leitet die full-size-Systeme.
„Die schwierigsten Teile waren die Integration aller Komponenten in einem einzigen Gerät und dann sicherstellen, dass das Blut nicht gerinnen würde, würden die Zellen nicht verstopfen der chip, und dass das gesamte Gerät ist völlig steril“, sagt Tae Hyun Kim, Ph. D., promovierte in Elektrotechnik an der Nagrath Lab und ist nun postdoctoral scholar am California Institute of Technology.
Sie entwickelten Protokolle für das mischen des Blutes mit heparin, ein Medikament, das verhindert die Blutgerinnung und Sterilisation-Methoden, die Bakterien getötet, ohne Schädigung der Zell-targeting-immun-Marker, Antikörper), auf dem chip. Kim verpackt auch einige der kleinsten medical-grade-Pumpen in einer 3-D-gedruckte box mit der Elektronik und der Krebs-Zelle-Aufnahme-chip.
Der chip selbst ist eine neue Torsion auf einer der höchsten-capture-rate-Geräte von Nagrath lab. Es verwendet das nanomaterial Graphen-OXID zu erstellen, die dichten Wälder der Antikörper-Kopp-Molekülketten, so dass es Falle mehr als 80 Prozent der Krebszellen im Blut, das fließt über. Der chip kann auch verwendet werden, um zu wachsen die erfassten Krebszellen, die Herstellung von größeren Proben zur weiteren Analyse.
In den nächsten Schritten für das Gerät, das team hofft, zu erhöhen, die Blut-processing-rate. Dann, geführt von Thamm, verwenden Sie das optimierte system zur Erfassung von Krebszellen aus pet-Hunde, die kommen auf die Krebs-Zentrum als Patienten. Chips-targeting-Proteinen auf den Oberflächen von Hunde-Brustkrebs-Zellen sind in der Entwicklung in der Nagrath lab jetzt.
Hayes schätzt das Gerät konnte beginnen Studien am Menschen in drei bis fünf Jahren. Es würde verwendet werden, um helfen zu optimieren Behandlungen für menschliche Krebserkrankungen von ärzten zu ermöglichen, festzustellen, ob der Krebs Zellen sind, die Moleküle, die dazu dienen, die Ziele für viele neuere Krebsmedikamente.